WO1993007989A1 - Composite machine tool - Google Patents

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WO1993007989A1
WO1993007989A1 PCT/JP1992/001347 JP9201347W WO9307989A1 WO 1993007989 A1 WO1993007989 A1 WO 1993007989A1 JP 9201347 W JP9201347 W JP 9201347W WO 9307989 A1 WO9307989 A1 WO 9307989A1
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WO
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work
cutting
machine tool
head
laser processing
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PCT/JP1992/001347
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English (en)
French (fr)
Inventor
Shinya Okamoto
Original Assignee
Fanuc Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/0093—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring combined with mechanical machining or metal-working covered by other subclasses than B23K
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0823—Devices involving rotation of the workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/083—Devices involving movement of the workpiece in at least one axial direction
    • B23K26/0853—Devices involving movement of the workpiece in at least in two axial directions, e.g. in a plane
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P23/00—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass
    • B23P23/04—Machines or arrangements of machines for performing specified combinations of different metal-working operations not covered by a single other subclass for both machining and other metal-working operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q39/00—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation
    • B23Q39/04—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation the sub-assemblies being arranged to operate simultaneously at different stations, e.g. with an annular work-table moved in steps
    • B23Q39/042—Metal-working machines incorporating a plurality of sub-assemblies, each capable of performing a metal-working operation the sub-assemblies being arranged to operate simultaneously at different stations, e.g. with an annular work-table moved in steps with circular arrangement of the sub-assemblies

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool having a multifunctional processing function.
  • the present invention uses a single machine to perform different types of machining that include at least a cutting function using a tool and laser processing functions such as fusing, cutting, and heat treatment using laser beam energy.
  • the present invention relates to a compound machine tool that can be simultaneously and independently performed by an apparatus, and that can perform the above-described different types of machining on one work in a predetermined control order.
  • the surface hardening treatment with laser light can be performed by coating, alloying, impact hardening, etc., in addition to heat treatment such as quenching.
  • heat treatment such as quenching.
  • cutting and surface treatment can be performed with a single laser processing unit by simply controlling the heating energy and heating time without the need for a heating furnace and cooling device. It can be carried out continuously on the machine.
  • this type of laser processing machine requires extremely high cost to obtain high output, and has a thick plate and a complicated three-dimensional shape because the laser beam can be operated only near the focal point. It is not suitable for one-step cutting. Therefore, when a metal work having such a three-dimensional shape is cut and subsequently the surface is to be hardened by laser processing, it is difficult to continuously work with one laser processing machine. Therefore, it is preferable to use a cutting machine tool for cutting.
  • the above-mentioned combined type manning shop is designed to automatically convey a workpiece to the cutting head and laser beam, and to link the cutting and laser beam promptly. Is what you do. However, it does not work efficiently depending on the shape of the workpiece to be machined and the type of required addition, since no consideration has been given to performing rational and optimal machining for the workpiece. There are cases. For example, a rough outline is formed by laser fusing, then drilling and precise three-dimensional processing are performed with a cutting tool, chips and cutting oil are washed, and surface treatment is performed on the desired location using laser light.
  • the present invention is configured as a single machine device capable of performing a rational and optimal combined machining of a workpiece according to a predetermined standard in a combined machine tool having a multifunctional machining function.
  • the purpose is to provide a combined machine tool.
  • the present invention consolidates a cutting section and a laser processing section on a single machine tool, installs the cutting section and a laser processing section around a work supporting section that moves in accordance with a predetermined standard.
  • the present invention provides a composite machine tool in which parts are arranged at appropriate positions so that cutting work and laser processing can be optimally performed alternately or in a desired order on a workpiece fixed to a workpiece support.
  • the composite machine tool provided by the present invention has a stationary machine stand installed on a work floor, and is arranged on the stationary machine stand, moves while holding the work, and positions the work at a desired machining position.
  • At least a cutting section that performs cutting at the cutting position on the machined work, and a laser section that performs laser processing at another laser processing position on the workpiece independently of the cutting section are provided at least.
  • the work supporter moves to the position facing the cutting part or the laser processing part while fixing the work under the control of the control means, and positions the work.
  • the cutting section and the laser processing section are arranged around the work support section as a center, the work support section can face each processing section by rotational movement about the axis.
  • the cutting section and the laser processing section perform cutting and laser processing independently and alternately or in a desired order on the rotating workpiece under the control of the control means.
  • the work mounting base includes a plurality of work mounting surfaces, and the plurality of work mounting surfaces are circulated by rotating the work mounting base about a predetermined axis. Then, the cutting portion and the laser processing portion may be sequentially opposed to each other.
  • the work mounting table has its own longitudinal axis extending parallel to the plurality of work mounting surfaces, concentrically arranged on a rotating shaft horizontally supported on the stationary stand, and fixed to the rotating shaft.
  • Each of the cutting part and the laser processing part can be configured to be disposed above or on the side of the work mounting table, respectively, and to face one of the plurality of work mounting surfaces. .
  • the cutting section includes one spindle head having a spindle that holds and rotates a cutting tool, and the laser section guides and collects laser light emitted from a laser oscillator.
  • a single light collecting head for emitting light is provided, and the main spindle head and the light collecting head are provided on a plurality of workpiece mounting surfaces of the workpiece mounting table. It is advantageous to carry out cutting and laser machining simultaneously in a desired order for different workpieces and for different workpieces.
  • the main spindle head and the condensing head may be independently moved in a plurality of axial directions on the stationary machine base under the control of the control means.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a compound machine tool according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic plan view of the compound machine tool of FIG.
  • Fig. 3 is a block diagram of the control device in the multi-tasking machine tool of Fig. 1
  • Fig. 4 is a process diagram showing an example of a work process using the multi-tasking machine tool of Fig. 1
  • Figs. 5 (i) to (iv) are Figure showing step-by-step an example of a machining process of a workpiece by a compound machine tool
  • FIG. 6A is a side view of an example of a jig in the composite machine tool of FIG. 1, and FIG. 6B is a plan view of an example of a jig in the composite machine tool of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 and FIG. 2 show a complex machine according to an embodiment of the present invention.
  • This combined machine tool includes a base 10 installed as a stationary machine base on a desired work floor, a first column 12 and a second column 14 erected on the base 10, and a first column.
  • a spindle head 16 for cutting which is attached to 12 and forms a cutting part
  • a condensing head for laser processing which is mounted to a second column 14 and forms a laser part 8 and a rotary work mount 20 which is also mounted on the second column 14 and forms a work support.
  • the spindle head 16 has the same configuration as the spindle head of a well-known cutting machine tool, and is driven at a high speed by driving a spindle motor 22. Is provided.
  • Spindle 24 holds cutting tool 26 detachably at its tip
  • the spindle head 16 is on the base 10
  • feed drive motor 28 a, 28 b, 28 c (hereinafter collectively referred to as feed drive motor 28)
  • the focusing head 18 is similar to the focusing head of a well-known laser processing machine.
  • a focused laser beam is emitted by the focusing lens 36 located at the tip of &
  • the condenser head 18 is connected to the condenser lens 36 at the tip as shown in the figure.
  • the condensing head 18 transmits each axis in a three-axis coordinate system orthogonal to the X, Y, and Z axes on the base 10.
  • feed drive motors 38 (collectively referred to as feed drive motors 38)
  • the second column 14 is parallel to and spaced from the base 10.
  • a pair of second column members 14a and 14b are provided.
  • Horizontal axis 40 supported rotatably about the axis between I4a and 14b
  • the work mount 20 is fixed to this horizontal axis 40, and is driven to rotate.
  • the motor 42 rotates in the direction of arrow r (counterclockwise) in the figure. ⁇
  • the mounting base 20 is a prism having a regular ⁇ - square (see Fig. 1) cross section perpendicular to the horizontal axis 40, which is the rotation axis, and extends parallel to the horizontal axis 40.
  • Work pallets 44 are provided on each of the two peripheral surfaces. Work is a class It is fixed to each work pallet 44 via a pump jig (see FIGS. 6A and 6B). As shown in FIG. 1, two of these work pallets 44 always face the spindle head 16 and the condensing head 18. ⁇ ⁇ In the rotary drive mode 42 of the one-piece mounting base 20, the work mounting surface 44 a of these two work pallets 44 is orthogonal to the axis of the main spindle head 16 and the condensing head 18. Step work is performed to stop the work mounting table 20 at a position where the work mounting table 20 is parallel to the XY plane and the XZ plane in the orthogonal three-axis coordinate system on the base 10. Therefore, the work mount
  • Each work pallet 44 has a spindle head 16 and a focusing head 1
  • the work mounting reference plane for each head is formed during the machining operation of FIG. 8 (the multi-spindle machine tool according to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 has the above-mentioned spindle head 16 Operation of the head 18 and the work base 20, that is, the spindle motor 22, the feed drive motor 28, and the laser oscillator
  • a control device 46 is provided for controlling the operation of the feed motor 30, feed drive motor 38, rotary drive motor 42, and the like.
  • the control device 46 is a well-known NC device, and as shown in FIG. 3, the spindle motor 22, the feed drive motor 28, the laser oscillator 30, the feed drive motor 38, and The rotary drive motors 42 are controlled independently. Therefore, in this combined machine tool, the spindle head 16 and the condensing head 18 can be independently moved in three axes with respect to the work mounting base 20, and the head mounting base 20 Different works can be simultaneously performed on different works on one work palette 44.
  • the positions of the work pallets 44 on the work mount 20 are represented by A, B, C, and D as shown in FIG.
  • Work pallets 44 at positions B, C, and D are pallets a, pallets b, and nozzles, respectively. Shown by let c and pallet d.
  • the worker or the robot at the position A fixes the work to the palette a (step 1).
  • the work mount 20 is rotated by 90 ° and '90 °, and the condensing head 18 at position B laser-cuts the work (step 2).
  • the work mount 20 rotates 90 ° and the spindle head 16 at position C cuts the work (process 3).
  • the work mounting base 20 is rotated 90 °, and chips and cutting oil are dropped at the position D (Step 4).
  • the work mounting base 20 is turned 90 °, and the surface to be subjected to the surface treatment or marking in the next step is washed at the position A by an operator or by an unmanned process by a robot (step 5).
  • the work mount 20 is further rotated 90 °, and the condensing head 18 performs the surface treatment or the marking by the laser beam at the position B (step 6). Thereafter, there is no work at positions C and D (Steps 7 and 8), and when returning to position A again, the worker or the robot removes the added work from palette a while The work is fixed on the pallet a (step 9).
  • the surface treatment or marking in step 6 is difficult to perform at position B if the treated surface is on the side of the work.
  • the condensing head 18 is moved in the Y-axis to be positioned at a position facing the processing surface on the first surface, and the machining is performed.
  • implementation Surebayore, 0 in this machining center since the head 1 6 and Atsumarihikarie' de 1 8 to the spindle is controlled independently as mentioned above, work the upper SL in palette a On the other pallets b, c, and d, the same continuous work as pallet a was carried out one step later with the rotation of the work mount 20. (See Figure 4).
  • step 5 in FIG. When cleaning is being performed, swarf and cutting oil are dropped on pallet b.
  • cutting with the spindle head 16 is performed, and in the case of the palette d, laser fusing with the focusing head 18 is simultaneously performed on different workpieces.
  • work is not performed on pallet a for example, in steps 7 and 8, some work is being performed on any of the other pallets, making it extremely efficient with little wasted time. Work is possible.
  • a workpiece 48 according to this working example is a completed cam having a curved surface portion 48a and a mounting hole 48b as shown in FIG. 5 (iv).
  • the material is flat steel-requiring quenching of the curved surface 48a.
  • the work 48 is subjected to a finishing process and a drilling process for a fusing portion to form a curved surface portion 48a and a mounting hole 48b (step 3).
  • the curved surface portion 48a is cleaned at position A (step 5).
  • the quenching in step 6 is originally performed at the position B, but since the curved surface portion 48a of the work 48 is located on the side surface of the work, as described above, no.
  • a is at position A (position C if curved surface 48a is on the opposite side)
  • move focusing head 18 on the Y axis immediately after cleaning and face curved surface 48a. See Fig. 5 (iv)).
  • step 5 in Fig. 4 laser fusing is performed at pallet d, and the process must be waited for.
  • cutting is performed on pallet C, and cutting is generally performed for a relatively long time, laser cutting of pallet d and pallet a during cutting on pallet c Quenching can be performed continuously, without reducing working time efficiency. From this point of view, it is possible to include not only the hardening in step 6 but also the work change in step 9 in the frame of step 5 in Fig. 4 on the palette a. Can be enhanced.
  • the composite machine tool according to the embodiment described above can appropriately optimally deal with various works having different processing contents only by circulating the plurality of work pallets 44 in a certain direction.
  • the process diagram of Fig. 4 if the cutting of process 4 is not necessary for pallet b, it is only necessary to leave the space blank and leave no work, and the continuity of work is not impaired.
  • there is no effect on other pallets so there is no reduction in work efficiency.
  • the process from cleaning to surface exchange and work replacement can be centralized in position A while taking into account the work conditions of other pallets. Therefore, with this compound machine tool, it is possible to design a rational and optimal machining program for the workpiece while giving priority to improving the efficiency of working time.
  • the clamping jig 50 is provided with a holding member 50 a for holding the work 48 with a predetermined gap between the clamp jig 50 and the work mounting surface 44 a of the work pallet 44, and a work 4 disposed in the gap. And a support member 50b for supporting & from below.
  • the support member 50b has a porous shape that allows a laser beam emitted from the converging head 18 to pass therethrough. By using such a jig, laser processing and cutting processing can be performed continuously while the work 48 is firmly fixed to the work barrel 44.
  • the work mounting table 20 is configured to rotate with respect to the horizontal axis. However, the present invention is not limited to this.
  • the work mounting table 20 is mounted on a vertical rotating shaft
  • the configuration may be such that the main spindle head 16 and the light collection head 18 are arranged in different directions on the side surfaces.
  • the above-described step of removing chips and cutting oil can be performed by disposing a cleaning device such as an air blow device in a further different side direction of the work mounting base 20.
  • both the spindle head 16 and the focusing head 18 are configured to move in the orthogonal 3-axis coordinate system with respect to the work pallet 44. By installing a revolving turntable, the spindle head 16 and the condensing head 18 can move relative to the workpiece in three or more axes. It will be obvious to those skilled in the art that the three-dimensional processing becomes possible.
  • another spindle head is provided at a position opposite to the spindle head 16 for cutting, so that different types of cutting can be performed by milling with the spindle head 16 for example. It may be possible to carry out cutting work using the power of the system and drilling with other spindle heads, so that the work can be divided and performed.
  • the present invention provides a movable work supporting portion on a stationary machine base, a cutting portion and a laser processing portion for performing different processes on the work around the work supporting portion.
  • the work supporting part is appropriately moved to the position facing the cutting part or the laser processing part, and the cutting part and the laser processing part cut and laser the workpiece.
  • the processing is performed independently and alternately or in accordance with a desired order. Therefore, machining such as machine cutting, laser fusing, laser drilling, and surface treatment with one machine tool Different types of processes can be performed on a single workpiece in a desired order.
  • the work supporting section includes a plurality of work mounting sections, the above-described different steps can be performed simultaneously on different works in different places.

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Description

明細書 複合工作機械 技術分野
本発明は、 加工機能を多機能化した工作機械に関する。 特に本発 明は、 工具による切削加工機能と、 レーザ光のエネルギーを利用し た溶断、 切削、 熱処理による表面処理等のレーザ加工機能とを少な く とも含んだ異種の加工を、 1台の機械装置で同時に、 かつ独立し て実施できるとともに、 1つのワークに対して上記の異種の加工を 所定の制御順序で実施することができる複合工作機械に関する。 背景技術
近年、 炭酸ガス等を用いた高出力レーザ光のエネルギーを利用し て、 金属材料等の各種材料の切断、 溶接、 表面処理 （熱処理） 等を 行う レーザ加工機が実用化されている。 レーザ光は指向性が高く、 微小部分にエネルギーを集中できるため、 レーザ加工機によれば極 めて小径の穴あけ加工や 2次元的な複雑パターンの切断が正確かつ 容易に実施でき、 また、 脆弱な材料、 柔軟な材料の加工も可能であ る。 さらに、 加熱エネルギー及び加熱時間を適切に制御するこ とに より、 金属材料の表面に対して焼入れ等の表面硬化処理や、 マーキ ングを実施できる。 レーザ光による表面硬化処理は、 焼入れ等の熱 処理の他に被覆、 合金化、 衝撃硬化等が可能であるが、 いずれも微 小部分に対して精密加工を実施するものであり、 他の硬化処理法に 比較して処理時間が極めて短く熱応力や熱歪みを小さ くできる利点 がある。 また、 加熱炉ゃ冷却装置を必要とせず、 加熱エネルギー及 び加熱時間を制御するだけで、 切断及び表面処理を 1台のレーザ加 ェ機で連続して実施できる。
この種のレーザ加工機は、 一般に高出力を得るためには極めて高 ぃコストを要するとともに、 レーザ光がその焦点付近でのみ作業可 能なため、 厚板や 3次元的な複雑形状を有するヮ一クの切削加工に は不向きである。 したがって、 このような立体的形状を有する金属 ワークを切削し、 その後引き続き、 このワークをレーザ加工により 表面硬化処理しょうとする場合には、 1台のレーザ加工機による連 続作業が困難であり、 故に切削加工には切削工作機械を用いること が好ましい。
そこで、 切削工作機械による切削加工とレーザ加工機によるレー ザ加工とを連続して実施する際に、 自動化を促進し、 作業効率を向 上させるための種々の提案がなされている。 例えば、 多数のワーク を搬送路上で連続して搬送し、 この搬送路に沿って切削加工へッ ド とレーザ加工へッ ドとを適宜位置に配置して、 1つのワークに対し て順次に切削加工とレーザ加工による複合的な加工とを実施可能な 複合型マシニングショ ップは、 既に提案されている。
上記の複合型マンニングショ ップは、 切削加工へッ ド及びレーザ 加： ιΐへッ ドに対してワークを自動的に搬送し、 切削加工とレーザ加 ェとを速やかに連鐃して行おうとするものである。 しかしながら、 ワークに对して合理的かつ最適な加工を実施するための配慮が為さ れていないため、 加工しょうとするワークの形状や必要とされる加 ェの種類によっては効率的に機能しない場合がある。 例えば、 大ま かな外形をレーザ溶断で形成し、 次いで切削工具により穴あけや精 密な 3次元加工を施し、 切粉や切削油を洗浄した後、 レーザ光によ つて所望箇所に表面処理を実施する手順が最も効率的とされるヮー クに対し、 上記の複合型マシニングショ ップでは搬送路の逆走が必 要となる等、 ワークごとの対応が却って効率性を損なう危惧を有す るのである。 また、 1台の統制された機械装置としての具体的構造 を備えたものではなく、 或る特定の作業領域に離散的に切削加工へ ッ ドとレーザ加工へッ ドとを配設した加工工場としての技術的構想 を提案しているに過ぎないため、 実用性がない。 発明の開示
本発明は、 このような従来の問題点に鑑み、 加工機能を多機能化 した複合工作機械において、 ワークに対し所定の基準に従って合理 的かつ最適な複合加工を実施できる 1台の機械装置として構成され た複合工作機械の提供を目的とする。
上記目的を達成するために、 本発明は切削加工部及びレーザ加工 部を 1台の工作機械に集約して据え付け、 所定の基準に従って移動 するワーク支持部の周囲にこれらの切削加工部及びレーザ加工部を 適宜位置に配置して、 ヮーク支持部に固定したワークに対し切削加 ェ及びレーザ加工を交互に又は所望の順序により最適に実施できる ようにした複合工作機械を提供する。
したがって、 本発明が提供する複合工作機械は、 作業床面に設置 される静止機台と、 静止機台上に配置され、 ワークを摑持したまま 移動してそのワークを所望の加工位置に位置決めする 1つのワーク 取付台、 及びワーク取付台の加工位置への移動を生じさせる駆動源 を備えるワーク支持部と、 静止機台上でワーク支持部の周囲に配設 され、 ワーク取付台に摑持されたワークに切削加工位置で切削加工 を行う切削加工部、 及び切削加工部から独立してヮークに他のレー ザ加工位置でレーザ加工を行う レーザ加工部とを少なく とも備えて、 ワークに対し異なる種類の加工を実施する複数の加工部と、 ワーク 支持部、 並びに加工部の切削加工部及びレーザ加工部の各動作を制 御して、 複数のワークに対し異なる種類の加工を所望の順序で実施 させる制御手段とを具備するものである。
上記構成の複合工作機械において、 ワーク支持部は、 制御手段の 制御によって、 ワークを固定した状態で切削加工部又はレーザ加工 部の対向位置へ移動し、 ワークを位置決めする。 このとき切削加工 部及びレーザ加工部を、 ワーク支持部を中心としてその周囲に配設 したので、 ワーク支持部は軸中心の回転移動によって各加工部に対 向することができる。 切削加工部及びレーザ加工部は、 回転移動す るワークに対し、 制御手段の制御により切削加工及びレ一ザ加工を 独立して、 かつ交互的に又は所望の順序で実施する。
本発明の好適な実施態様によれば、 上記ワーク取付台が複数のヮ 一ク取付面を備え、 それら複数のワーク取付面は、 ワーク取付台が 所定の軸線を中心に回転することにより循環移動して、 上記切削加 ェ部及び上記レーザ加工部のそれぞれに順次対向する構成としても よい。
上記ワーク取付台は、 上記複数のワーク取付面に平行に延びるそ れ自体の長手軸線を、 上記静止機台上に水平支持された回転軸に同 心配置してその回転軸に固定され、 上記切削加工部及び上記レーザ 加工部の各々は、 上記ワーク取付台の上方及び側方のいずれかにそ れぞれ配置されて上記複数のワーク取付面の 1つに対向する構成と することができる。
また、 上記切削加工部が、 切肖 tf加工工具を保持して回転する主軸 を備えた一つの主軸ヘッ ドを具備し、 上記レーザ加工部が、 レーザ 発振器から発射されたレーザ光を案内かつ集光放射する一つの集光 へッ ドを具備し、 これらの主軸へッ ド及び集光へッ ドが、 上記ヮ— ク取付台の複数のワーク取付面に擓持した複数のヮ一クの各々に対 して所望の順序で、 かつ異なるワークに対して同時に切削加工及び レーザ加工を実施する構成とすることは好都合である。 さらに、 上記主軸へッ ド及び上記集光へッ ドを、 上記制御手段の 制御により、 上記静止機台上でそれぞれ独立して複数の軸線方向へ 移動させる構成としてもよい。 図面の簡単な説明
本発明の上記及び他の目的、 特徵、 及び利点を添付図面に示す実 施例に基づいて説明する。 同添付図面において ；
図 1 は、 本発明の実施例による複合工作機械の概略側面図、 図 2は、 図 1 の複合工作機械の概略平面図、
図 3は、 図 1 の複合工作機械における制御装置のプロック図、 図 4は、 図 1 の複合工作機械による作業工程例を示す工程図、 図 5 ( i ) 〜 （i v) は、 図 1 の複合工作機械によるワークの加工 工程の一例を段階を追って示す図、
図 6 Aは、 図 1 の複合工作機械における治具例の側面図、 及び、 図 6 Bは、 図 1 の複合工作機械における治具例の平面図である。 発明を実施するための最良の態様
図面を参照すれば、 図 1及び図 2は本発明の実施例による複合ェ 作機械を示す。 この複合工作機械は、 静止機台として所望の作業床 面に設置されるベース 1 0 と、 ベース 1 0上に立設される第 1 コラ 厶 1 2及び第 2コラム 1 4 と、 第 1 コラム 1 2に装着されて切削加 ェ部を構成する切削加工用の主軸へッ ド 1 6 と、 第 2 コラム 1 4に 装着されてレーザ加工部を構成するレーザ加工用の集光へッ ド 1 8 と、 同じく第 2 コラム 1 4 に装着されてワーク支持部を構成する回 転式のワーク取付台 2 0 とを備える。
主軸へッ ド 1 6は、 周知の切削加工工作機械の主軸へッ ドと同様 の構成を有し、 主軸モータ 2 2の駆動により高速回転する主軸 2 4 を備える。 主軸 2 4は、 その先端に切削工具 2 6を着脱自在に保持
し、 かつ切削工具 2 6をワーク取付台 2 0に対向させて略水平姿勢
に支持する （図 1参照） 。 また、 主軸へッ ド 1 6は、 ベース 1 0上
で X軸、 Y軸、 Z軸の直交 3軸座標系内を、 各軸の送り駆動モータ
2 8 a、 2 8 b、 2 8 c (以下、 送り駆動モータ 2 8 と総称する）
の駆動により送りねじ機構 （図 1には 1つの送りねじ機構 2 9 c力
略示されている） を介して移動可能に第 1 コラム 1 2に装着される。
集光へッ ド 1 8は、 周知のレーザ加工機械の集光へッ ドと同様の
構成を有し、 レーザ発振器 3 0から発射されたレーザ光を導光管 3
2内の複数のミラ一 （例えばミラー 3 4 ) で案内し、 集光へッ ド 1
&の先端に配置した集光レンズ 3 6により集光レーザビームを放射
する。 集光へッ ド 1 8は、 図示のように先端の集光レンズ 3 6をヮ
一ク取付台 2 0に対向させて、 ワーク取付台 2 0の上方で略鉛直姿
勢に支持される。 また、 集光へッ ド 1 8は主軸へッ ド 1 6 と同様に、 ベース 1 0上で X軸、 Y軸、 Z軸の直交 3軸座標系内を、 各軸の送
り駆動モータ 3 8 a、 3 8 b、 3 8 c (送り駆動モータ 3 8 と総称
する） の駆動により送りねじ機構 （図 1には 2つの送りねじ機構 3
1 b、 3 1 cが略示されている） を介して移動可能に第 2 コラム 1
4に装着される。
第 2コラム 1 4は、 ベース 1 0上に平行に離間して立設された一
対の第 2コラム部材 1 4 a、 1 4 bを備え、 これらの第 2コラム部
材 I 4 a、 1 4 bの間に水平軸 4 0が軸線に関して回転可能に支持
される。 ワーク取付台 2 0はこの水平軸 4 0に固定され、 回転駆動
モータ 4 2により図の矢印 r方向 （反時計方向） へ回転する。 ヮー
ク取付台 2 0は、 その回転軸である水平軸 4 0に直交する断面が正 δ 方形 （図 1参照） の角柱体からなり、 水平軸 4 0に平行に延びる 4
つの周面上にそれぞれワークパレッ ト 4 4を備える。 ワークはクラ ンプ治具 （図 6 A及び図 6 B参照） を介して各ワークパレッ ト 4 4 に固定される。 図 1 に示すように、 これらのワークパレッ ト 4 4の うち 2つが常に主軸へッ ド 1 6及び集光へッ ド 1 8に対向する。 ヮ 一ク取付台 2 0の回転駆動モー夕 4 2は、 これら 2つのワークパレ ッ ト 4 4のワーク取付け面 4 4 aが主軸へッ ド 1 6及び集光へッ ド 1 8の軸線に直交する位置、 すなわちベース 1 0上の直交 3軸座標 系における X Y平面及び X Z平面に平行な位置で、 ワーク取付台 2 0を停止する'ようにステップ動作する。 したがって、 ワーク取付台
2 0の各ワークパレツ ト 4 4は、 主軸へッ ド 1 6及び集光へッ ド 1
8の加工作動時に各へッ ドに対するワーク取付け基準面を構成する ( 図 1及び図 2に示した本発明の実施例による複合工作機械は、 上 記の主軸へッ ド 1 6、 集光へッ ド 1 8、 及びワーク取付台 2 0の作 動、 すなわち主軸モー夕 2 2、 送り駆動モータ 2 8、 レーザ発振器
3 0、 送り駆動モータ 3 8、 回転駆動モータ 4 2等の動作を制御す る制御装置 4 6を備える。 本実施例では、 制御装置 4 6は周知の N C装置であり、 図 3に示したように、 主軸モータ 2 2、 送り駆動モ 一夕 2 8、 レーザ発振器 3 0、 送り駆動モータ 3 8、 及び回転駆動 モータ 4 2をそれぞれ独立に制御する。 したがって、 この複合工作 機械においては、 主軸へッ ド 1 6及び集光へッ ド 1 8はワーク取付 台 2 0に対し独立して 3軸移動可能であり、 ヮ一ク取付台 2 0の 2 つのワークパレッ ト 4 4上で異なるワークに対して同時に異なる加 ェを実施することができる。
上記構成を有する複合工作機械の実施例の作用を、 図 4に示した 作業工程図に基づいて説明する。
説明のため、 ヮ一ク取付台 2 0の各ワークパレツ ト 4 4の位置を、 図 1 に示すように A、 B、 C、 Dで表し、 図 4の工程 1でこれら A、 B 、 C . Dの位置にあるワークパレツ ト 4 4を、 それぞれパレッ ト a、 パレッ ト b 、 ノヽ。レッ ト c、 パレッ ト dで示す。 まず、 ノ レツ ト aに注目すると、 位置 Aにおいて作業者又はロボッ トがワークをパ レッ ト aに固定する （工程 1 ) 。 次いでワーク取付台 2 0力、' 9 0 ° 回転し、 位置 Bにおいて集光へッ ド 1 8がワークをレーザ溶断する (工程 2 ) 。 次いでワーク取付台 2 0力 9 0 ° 回転し、 位置 Cにお いて主軸へッ ド 1 6がワークを切削する （工程 3 ) 。 次いでワーク 取付台 2 0が 9 0 ° 回転し、 位置 Dにおいて切粉及び切削油を落下 させる （工程 4 ) 。 次いでワーク取付台 2 0が 9 0 ° 面転し、 位置 Aにおいて作業者により、 又はロボッ トにより無人処理で、 次工程 の表面処理又はマーキングを施す面を洗浄する （工程 5 ) 。 次いで 更に、 ワーク取付台 2 0が 9 0 ° 回転し、 位置 Bにおいて集光へッ ド 1 8がレーザ光により表面処理又はマーキングを実施する （工程 6 ) 。 その後、 位置 C及び位置 D (工程 7及び工程 8 ) においては 作業が無く、 再度、 位置 Aに戻った時点で作業者又はロボッ トが加 ェ済ワークをパレッ ト aから取り外すと同時に次の未加工ワークを パレツ ト aに固定する （工程 9 ) 。 これらの各工程において、 工程 6の表面処理又はマーキングは、 その処理面がワーク側面にある場 合には位置 Bでの実施が困難である。 この場合は、 パレツ ト aが位 置 A又は位置 Cに在るときに、 集光へッ ド 1 8を Y軸移動してヮ一 ク侧面の処理面への対向位置に位置決めし、 加工を実施すればょレ、0 この複合工作機械においては、 前述のように主軸へッ ド 1 6及び 集光へッ ド 1 8が独立して制御されるため、 パレッ ト aにおいて上 記の各作業が実施されている閭に、 他のパレッ ト b、 パレッ ト c 、 パレッ ト dにおいてはパレッ ト aと同一の連続作業が、 ワーク取付 台 2 0の回転に伴いそれぞれ 1工程ずつ遅れて実施される （図 4参 照） 。 したがって、 例えば図 4の工程 5において、 パレッ ト aで洗 浄が行われているときに、 パレッ ト bでは切粉及び切削油落としが. ノ、。レッ ト cでは主軸へッ ド 1 6による切削加工が、 パレッ ト dでは 集光へッ ド 1 8によるレーザ溶断加工が、 それぞれ異なるワークに 対して同時に実施されている。 また、 例えば工程 7及び工程 8のよ うに、 パレッ ト aに対して作業が行われないときにも、 他のいずれ かのパレッ トにおいて何らかの作業が実施されており、 無駄時間の 少ない極めて効率的な作業が可能となる。
次に、 図 5 ( i ) 〜 （i v) に示したワーク加工例を参照して、 本 発明による複合工作機械の作用をさらに詳細に説明する。 この加工 例によるワーク 4 8は、 図 5 ( i v) に示したような曲面部 4 8 a及 び取付け穴 4 8 bを有するカムを完成品とする。 材料は平鋼であり- 曲面部 4 8 aに焼入れを必要とする。 まず図 5 ( i ) に示したよう に、 位置 Aにおいてパレツ ト aに、 治具 5 0 (図 6参照） を介して ワーク 4 8を固定する （工程 1 ) 。 次いで位置 Bで、 図 5 ( i i ) に 示した形状にワーク 4 8をレーザ溶断する （工程 2 ) 。 次いで位置 Cで、 図 5 ( i i i ) に示したようにワーク 4 8に溶断部の仕上げ加工 及び穴あけ加工を施し、 曲面部 4 8 a及び取付け穴 4 8 bを形成す る （工程 3 ) 。 その後、 位置 Dでの切粉及び切削油落としを経て、 位置 Aで曲面部 4 8 aを洗浄する （工程 5 ) 。 次に工程 6の焼入れ は、 本来は位置 Bで行われるものであるが、 ワーク 4 8の曲面部 4 8 aがワーク側面にあるため、 前述のように、 ノ、。レツ ト aが位置 A (曲面部 4 8 aが反対側の場合は位置 C ) にあるときに、 洗浄の直 後に集光へッ ド 1 8を Y軸移動しかつ曲面部 4 8 aに対向させて実 施する （図 5 ( i v) 参照） 。 このとき、 図 4に示したように他のパ レッ トにて集光へッ ド 1 8が作動している場合には、 その作業の終 了を待たなければならない。 例えば、 図 4の工程 5ではパレッ ト d にてレーザ溶断が行われているため、 その終了を待たなければなら ないが、 一方でパレツ ト Cにて切削加工が実施されており、 一般に 切削加工が比較的長時間を有するため、 パレツ ト cでの切削加工の 間にパレッ ト dのレーザ溶断及びパレッ ト aの焼入れを連続して実 施でき、 作業時間の効率性を低下させることはない。 このような観 点から、 パレッ ト aにおいて、 図 4の工程 5の枠内に工程 6の焼入 れのみならず工程 9のワーク交換までを含めることも可能であり、 これにより作業効率をさらに高めることができる。
このように、 上記実施例による複合工作機械は、 複数のワークパ レッ ト 4 4を一定方向へ循環移動させることのみによって、 加工内 容の異なる様々なワークに対し適宜最適な対応が可能となる。 例え ば、 図 4の工程図において、 パレツ ト bで工程 4の切削が不要であ れば、 その粋を空欄にして無作業状態にするだけでよく、 作業の連 続性が損なわれないばかりか、 他のパレッ 卜には何の影響も及ぼさ ないため作業効率も低下しない。 また前述のように加工內容によつ ては、 他のパレッ トの作業状況を考慮しつつ、 洗浄から表面処理を 経てワーク交換までの工程を位置 Aに集約することもできる。 した がって、 この複合工作機械においては、 作業時間の効率性向上を優 先的に考慮しつつ、 ワークに対して合理的かつ最適な加工プログラ ムを組むことが可能となるのである。
図 6 A及び図 6 Bは、 前述のクランプ治具 5 0を示す。 クランプ 治具 5 0は、 ワークパレツ ト 4 4のワーク取付け面 4 4 a との間に 所定の隙間を有してワーク 4 8を挟持する挟持部材 5 0 a と、 この 隙間内に配置されワーク 4 &を下面から支持する支持部材 5 0 bと を備える。 支持部材 5 0 bは、 集光へッ ド 1 8から放射されるレー ザビームを通過させる多孔形状を有する。 このような治具の使用に より、 ワーク 4 8をワークバレッ ト 4 4に強固に固定したままレ一 ザ加工と切削加工とを連続して実施することが可能となるのである。 なお、 上記実施例では、 ワーク取付台 2 0を水平軸線に関して回 転する構成としたが、 本発明はこれに限定することなく、 たとえば ベース 1 0上で鉛直な回転軸に装着して、 その側面の異なる方向に それぞれ主軸へッ ド 1 6及び集光へッ ド 1 8を配置する構成として もよい。 このとき、 上記の切粉及び切削油落としの工程は、 ワーク 取付台 2 0のさらに異なる側面方向にエアブロー装置等の清浄装置 を配置することにより実施可能となる。 また、 主軸へッ ド 1 6及び 集光へッ ド 1 8をワークパレツ ト 4 4に対していずれも直交 3軸座 標系内で移動する構成としたが、 例えばワークパレッ ト 4 4に割出 し旋回可能な回転台を装着して、 主軸へッ ド 1 6及び集光へッ ド 1 8 とワークとが 3軸以上の多軸方向へ相対移動可能な構成とするこ とにより、 さらに精密な 3次元加工が可能となることは、 当業者に とって自明であろう。 また、 必要に応じて切削加工用の主軸へッ ド 1 6 と対向位置に別の主軸へッ ドを設け、 切削加工における加工種 の異なる切削加工を、 例えば、 主軸へッ ド 1 6でフライス系の力ッ 夕一を用いた切削加工を行い、 他の主軸へッ ドでドリルによる孔明 け加工を行うように、 分業化して実施できるようにしても良い。 産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、 本発明は、 静止機台上に、 移動 可能なワーク支持部と、 ワーク支持部の周囲でワークに対して異な る加工を実施する切削加工部及びレーザ加工部とを配置し、 制御手 段の制御により、 ワーク支持部を適宜切削加工部又はレーザ加工部 の対向位置へ移動して、 切削加工部及びレーザ加工部により、 ヮー クに対して切削加工及びレーザ加工を独立に、 かつ交互的又は所望 の順序に従って実施する構成とした。 したがって、 1台の工作機械 によって機械切削、 レーザ溶断、 レーザ孔明け、 表面処理等の加工 種の異なる工程を 1つのワークに対して所望の順序で実施すること ができる。 ワーク支持部が複数のワーク取付部を備える場合には、 上記の異なる工程を異なるワークに対して異なる場所で同時に実施 することが可能となる。 このように、 本発明によれば、 ワークに対 し所定の基準に従った合理的かつ最適な加工を、 作業時間の効率性 を維持したままに実施可能な I台の機械装置としての複合工作機械 が提供される。

Claims

請求の範囲
1 . 作業床面に設置される静止機台と、
前記静止機台上に配置され、 ワークを摑持したまま移動して該ヮ ークを所望の加工位置に位置決めする 1つのワーク取付台、 及び該 ヮ一ク取付台の該加工位置への移動を生じさせる駆動源を備えるヮ ーク支持部と、
前記静止機台上で前記ワーク支持部の周囲に配設され、 前記ヮー ク取付台に摑持されたワークに切削加工位置で切削加工を行う切削 加工部、 及び該切削加工部から独立して他のレーザ加工位置でヮー クにレーザ加工を行う レーザ加工部とを少なく とも備えて、 ワーク に対し異なる種類の加工を実施する複数の加工部と、
前記ワーク支持部、 並びに前記加工部の前記切削加工部及び前記 レーザ加工部の各動作を制御して、 複数のワークに対し異なる種類 の加工を所望の順序で実施させる制御手段、
とを具備する複合工作機械。
2 . 前記ワーク取付台は複数のワーク取付面を備え、 該複数の ヮ一ク取付面は、 該ワーク取付台が所定の軸線を中心に回転するこ とにより循環移動して、 前記切削加工部及び前記レーザ加工部のそ れぞれに順次対向する請求項 1記載の複合工作機械。
3 . 前記ワーク取付台は、 前記複数のワーク取付面に平行に延 びるそれ自体の長手軸線を、 前記静止機台上に水平支持された回転 軸に同心配置して該回転軸に固定され、 前記切削加工部及び前記レ 一ザ加工部の各々は、 前記ワーク取付台の上方及び側方のいずれか にそれぞれ配置されて前記複数のワーク取付面の 1つに対向する請 求項 2記載の複合工作機械。
4 . 前記切削加工部は、 切削加工工具を保持して回転する主軸 を備えた 1 つの主軸ヘッ ドを具備し、 前記レーザ加工部は、 レーザ 発振器から発射されたレーザ光を案内かつ集光放射する一^ ^の集光 へッ ドを具備し、 前記主軸へッ ド及び前記集光へッ ドが、 前記ヮー ク取付台の複数のワーク取付面に摑持した複数のワークの各々に対 して所望の順序で、 かつ異なるワークに対して同時に切削加工及び レ一ザ加工を実施する請求項 2又は 3記載の複合工作機械。
5 . 前記主軸へッ ド及び前記集光へッ ドは、 前記制御手段の制 御により、 前記静止機台上でそれぞれ独立して複数の軸線方向へ移 動可能な請求項 4記載の複合工作機械。
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