WO2001030522A1 - Tour combine a commande numerique - Google Patents

Description

明 細 書 複合 N C旋盤 技術分野

この発明は、 A T C (自動工具交換装置） 付きの工具スピン ドルを 備えることにより、 マシニングセンタ的な加工を可能にした複合 N C 旋盤に関するもので、 工具交換可能な工具スビン ドルと工具夕レ ヅ ト とを備えた 2主軸対向旋盤を提供しょうとするものである。 背景技術

N C旋盤のワークや刃物の動作方向 （N C装置の制御軸） は、 X、 Y、 Ζ及び A、 B、 Cで表示されている。 ここで、 Z軸は主軸方向、 X軸は工具の切込み送り方向、 Y軸は Z軸及び X軸の両軸に直交する 方向、 C軸は Z軸回りの角度、 A軸は X軸回りの角度、 B軸は Y軸回 りの角度である。

左側主軸と右側主軸とを同一軸線上で対向させ、 それそれの主軸に 対応する左側と右側との 2個の工具タレッ トを備えた対向 2主軸 2夕 レッ ト旋盤は公知である （日本国公開特許公報平成 3 - 2 2 2 0 1 2 号、 同平成 8— 1 2 6 9 0 1号）。 この種の旋盤は、 主軸の少なく と も一方を Z軸方向に移動可能に設けており、 当該主軸の Z軸方向移動 により、 左側主軸と右側主軸との間でワークの受け渡しを行う。 左側 と右側との主軸間でワークを受け渡して加工を行うことにより、 チヤ ックによるワークの把持部分を含むワーク全体の加工を同一機械上で 行うことができる。

更にこの種の旋盤で、 工具夕レツ 卜にフライスやド リルなどの回転 工具を装着可能としたものは、 左側と右側の Z軸、 X軸及び C軸制御 により、 ワーク周面の平面加工、 孔開け加工、 螺旋溝加工などが可能 となり、 多種多様な形状のワークを同一機械上で素材から完成品まで の一貫した加工が可能になる。

しかし、 移動可能に設けた主軸は、 固定的に設けた主軸に比べて剛 性が低下することは避けられず、 重切削が制限される。 また、 工具夕 レッ トは、 使用工具の変換を短時間で行うことができるが、 タレヅ ト の支持構造並びにタレツ 卜の重量及び寸法の制約から、 工具の支持剛 性や使用可能な工具の大きさに制約がある。

このような対向 2主軸 2夕レッ トの従来の旋盤は、 主軸へのワーク の着脱や機械へのオペレータの接近性を確保するため、 2個の工具夕 レツ トをオペレー夕から見て主軸の奥側に配置している。 更に、 主軸 の奥側に配置した 2個の工具タレツ トに加えて第 3の工具夕レツ トを 主軸の手前側に配置した対向 2主軸 3夕レッ ト旋盤も提供されている。

—方、 1主軸で刃物台に B軸制御が可能な A T C付きの 1個の工具 スピン ドルを設けた複合 N C旋盤が公知である （日本国公開特許公報 平成 4一 2 8 3 0 0 3号）。 この種の旋盤は、 工具スピン ドルにフラ イス等の回転工具を装着して大きな開口孔の加工や傾斜した平面加工 等のマシニングセンタ的な加工が可能で、 更に、 工具スピン ドルの回 転を固定した状態で当該工具スピン ドルに旋削工具を装着して旋削加 ェを行なうことができる。 この種の複合 N C旋盤は、 刃物台に 1本の 工具スピン ドルが取付けられているだけであるから、 工具の支持剛性 を高くでき、 工具に与える回転トルクも大きくできる。 従って重切削 が可能で、 大型の工具を取付けることもできる。 また、 A T Cの工具 マガジンに多数の工具を収容できることから、 より多種類の工具を使 用してワークの加工を行うことができる。 しかし、 A T Cは工具の交 換に時間がかかり、 その間ワークの加工ができないため、 加工能率が 低い。 またワークが細長い形状のときは、 工具の切込み量を大きくす ると切削反力でワークが橈むため、 重切削を行なうことができなくな 。

更に、 上記 1主軸 1スピン ドル型の複合 N C旋盤に、 工具夕レッ ト を追加装備した構造の 1主軸 1スピン ドル 1 夕レツ ト型の旋盤も提案 されている （日本国特許公開公報平成 5— 3 1 6 0 1号）。 この構造 の旋盤では、 工具スピン ドルをオペレータから見て主軸の奥側に配置 し、 工具タレッ トを主軸の手前側に配置している。

しかし 2つの刃物台のうち 1個を A T C付き刃物台、 他方を夕レッ ト刃物台としたときは、 夕レッ ト側と A T C側とで加工負荷と加工能 率のアンバランスが大きくなり、 刃物台の移動や A T Cによる工具交 換に要するロスタイムが大きく、 十分な加工能率の向上を図ることが できない。 発明の開示

技術の高度化と需要の多様化により、 機械の製造現場においても、 ワークの多品種小量化が避けられない現状となっており、 しかも省力 化と生産性の向上が要求されている。 これに対応するためには、 各種 形状のワークを素材から完成品まで同一の機械上で能率良く加工する ことが必要である。 この発明により、 複数種の機械間でワークを搬送 する作業やワークの種類が変わったときに、 使用する機械の種類を変 更するための段取り作業が不要になる。 更に、 加工中のロスタイムが 回避され、 重切削も可能になって、 複数種類のワークを能率良く無人 で連続生産することが可能になる。

この発明の複合 N C旋盤は、 同一軸線上で対向する左側主軸 1 L及 び右側主軸 1 Rと、 オペレー夕から見て主軸 1 L、 1 Rの手前下側に 位置する左側夕レッ ト刃物台 8 L及び右側夕レッ ト刃物台 8 Rと、 ォ ペレ一夕から見て主軸 1 L、 1 Rの奥側上方に位置する第 3の刃物台 6 と、 この第 3の刃物台に装着する工具を収容する工具マガジン 1 9 と、 当該工具の自動工具交換装置 2 0 とを備えている。

左側タレッ ト刃物台 8 L及び右側夕レッ ト刃物台 8 Rは、 複数のェ 具を装着可能な工具夕レツ 卜 9 L、 9 Rをそれそれ備えている。 第 3 の刃物台 6は、 ワーク側を向いた工具スピン ドル 1 4を備えている。 左側主軸 1 L及び右側主軸 1 Rは、 C軸制御が可能でかつ個別独立駆 動及び同期駆動が可能な主軸モータ 4 L、 4 Rに連結されている。 第 3の刃物台 6は、 Z軸方向、 X軸方向及び Y軸方向に移動位置機め可 能である。 工具スピン ドル 1 4は、 当該刃物台 6に B軸方向の制御を 可能にして、 かつ工具スピン ドル 1 4の回転を固定可能にして設けら れている。

この発明の複合 N C旋盤を用いることにより、 A T C付き工具スピ ン ドル 1 4を備えた第 3の刃物台 （以下、 「複合型刃物台」 という） 6が工具交換を行っている間にも、 左側夕レッ ト刃物台と右側夕レッ ト刃物台とで並行して加工を継続することができる。 夕レツ ト刃物台 で加工不能な特殊な加工や重加工のみを複合型刃物台で行えばよいた め、 複合型刃物台の工具交換や移動時間が加工能率の低下に及ぼす影 響を最少にでき、 加工サイクルタイムの向上が図れる。 また、 細長いワークの両端を左側主軸と右側主軸とで把持するバー 材の加工において、 切込み反力の大きい複合型刃物台と切込み反力の 小さい 2個の夕レッ ト刃物台とでパランス切削が可能で、 ワークの撓 みを回避した状態での重切削が可能となり、 更なる加工能率の向上が 図れる。

上記この発明の構成において、 左側主軸 1 Lを固定的に設けること により、 第 1工程の加工におけるワークの支持剛性の向上と、 左側主 軸の中心孔を通してのバ一材供給の簡易化を図ることができる。 右側 主軸 1 Rを Z軸方向に移動可能に設けることにより、 左側主軸と右側 主軸との間でのワークの受渡が可能である。 更に右側主軸の Z軸方向 移動を機械的に固定する口ック装置を設けることにより、 重負荷切削 時における右側主軸の剛性を高くすることができる。

そして左側及び右側工具夕レッ ト 9 L、 9 Rを共に Z軸方向及び X 軸方向に移動可能に設けることにより、 複合型刃物台と 2個の夕レツ ト刃物台との任意の組み合わせによる同時加工が可能になる。 この場 合において、 左側と右側との両工具夕レッ ト 9 L、 9 Rを、 左側主軸 のワークに対向する位置から右側主軸のワークに対向する位置まで移 動可能とすることにより、 左右の主軸と工具夕レッ トとの自由な組み 合わせが可能になり、 各側における加工に使用可能な工具の種類も増 やすことができる。

工具夕レッ ト 9 L、 9 Rを回転工具を装着可能な構造とすることに より、ワークを停止して複合型刃物台でフライス加工等を行なう際に、 夕レツ ト側の回転工具でワークに対する同時加工が実現できる。

また、 工具夕レッ ト 9 L、 9 Rをそれぞれの刃物台 8 L、 8 R上の 相手側刃物台に近い位置に装着することにより、 2つの工具夕レツ ト の工具相互が接近可能になり、 主軸の一方に把持されたワークに対し て 2個の工具夕レッ トを用いて加工を行なうことが容易になる。 図面の簡単な説明

図 1はこの発明の複合 N C旋盤の一実施例の全体斜視図である。 図 2は、 複合型刃物台と工具マガジンとの関係を示す模式図である。 図 3〜図 8は、 図 1及び図 2に示した複合 N C旋盤でのワーク加工状態 の例を示した図である。

図中、 2 9 L及び 2 9 Rは左側及び右側主軸台、 6は複合型刃物台、 8 L及び 8 Rは左側及び右側タレッ ト刃物台、 9 L及び 9 Rは左側及 び右側の工具夕レッ ト、 1 4は工具スピン ドル、 1 9は A T Cの工具 マガジン、 2 0は自動工具交換装置である。 発明を実施するための最良の実施形態

図に示した複合 N C旋盤は、 同一軸線上で対向する左側主軸台 2 9 Lと右側主軸台 2 9 Rとを備えている。 両主軸台 2 9 L、 2 9 Rに軸 支された主軸の対向端にそれそれ左側チヤック 2 L及び右側チヤック 2 Rが装着されている。 左側及び右側主軸は、 エンコーダを 3 L、 3 R部分に内蔵した C軸制御可能な主軸モータ 4 L、 4 Rで、 個別にか つ必要なときには同期して回転駆動される。 左側主軸台 2 9 Lはべッ ド 5に固定であり、 右側主軸台 2 9 Rは Z軸方向に移動可能である。 右側主軸台 2 9 Rは、 重切削加工を行うときには、 油圧力で右側主軸 台 2 9 Rを挟持する図示しないクランプ装置により、 ベッ ド 5に固定 可能となっている。 ベッ ド 5は、 オペレー夕から見て手前側が低く なる方向に： 3 0ないし 4 5度の角度で傾斜したスラン ト型で、 奥側 は複合型刃物台 6の移動台 7を Z軸方向に案内する水平なガイ ド平面 となっている。 主軸台 2 9 L、 2 9 Rの手前側下方にそれぞれ X軸方 向及び Z軸方向に移動可能な夕レ ッ ト刃物台 8 L、 8 Rが配置されて いる。 各夕レッ ト刃物台には、 他側のタレッ ト刃物台に近い側に、 す なわち左側タレッ ト刃物台の右端及び右側夕レッ ト刃物台の左端に、 工具夕レッ ト 9 L、 9 Rが装着されている。 右側主軸台 2 9 R及び 2 個のタレッ ト刃物台 8 L、 8 Rの Z軸方向のガイ ドは、 ベッ ド 5の手 前側の傾斜した面に設けられている。 夕レツ ト刃物台 8 L、 8 Rの Z 軸方向移動は、 このガイ ドと平行に配置した送りネジによって行われ るが、 夕レッ ト刃物台 8 L、 8 Rに個別に螺合する 2本の送りネジを ベッ ドの左右幅に近い長さで配置することにより、 左側工具タレッ ト の工具で右側主軸に把持されたワークを加工し、 右側工具タレッ トの 工具で左側主軸に把持されたワークの加工を行なうことが可能になる。 図には詳細を示してないが、 2つの夕レッ ト 9 L、 9 Rは、 ドリル やミ リングカツタなどの回転工具を装着可能で、 軽負荷のミ一リング 加工ゃ孔開け加工を夕レッ ト 9 L、 9 R側で行うことが可能である。 主軸台 2 9 L、 2 9 R及び夕レ ツ ト刃物台 8 L、 8 Rの構成として、 左側主軸台 2 9 Lは固定的に設けることが最も好ましい。 そのような 構造を採用することにより、 例えばパ一フィーダを用いて左側主軸の 中心を通してワークを加工領域に供給する場合のバーフィーダの構造 を簡略化できる。 一方、 右側主軸台は、 Z軸方向を固定して設けるこ ともできる。 この場合の左側から右側へのワークの受け渡しは、 旋盤 へのワークの装脱を行うローダアンローダのハン ドを利用して行う。 左側夕レッ ト刃物台 8 Lは当然 Z軸及び X軸方向に移動可能とする。 一方、 右側夕レツ ト刃物台 8 Rは、 右側主軸台 2 9 Rを Z軸方向に移 動可能としたときは、 X軸方向にのみ移動可能なものとすることもで きる。 しかし、 より好ましくは、 重負荷に耐えるために右側主軸台 2 9 Rを固定して加工を行うときにも、 右側夕レッ ト刃物台 8 Rを常に 利用できるように、 Z軸及び X軸方向に移動可能に設けるのがよい。 ベッ ド 5の奥側の水平面上に設けた Z軸方向ガイ ド 1 0に沿って、 複合型刃物台 6のための移動台 7が Z軸方向に移動可能に装着されて いる。 この移動台には、 Z軸と直交する水平方向の前後ガイ ド 1 6が 設けられており、 図示しない前後移動モ一夕により、 この前後ガイ ド に沿って移動する傾斜台 1 7が搭載されている。 この傾斜台は、 べッ ドの手前側のスラン ト面と等しい角度の上面を備え、 当該上面に X軸 方向ガイ ド 1 1が設けられている。 傾斜台 1 7には、 複合型刃物台 6 の送り台 1 2が、 送りモー夕 1 3で X軸方向ガイ ド 1 1に沿って移動 可能に搭載されている。 この送り台 1 2には、 工具スピン ドル 1 4を 備えた回転工具台 1 5が、 工具スピン ドルを X軸方向に向けた位置を 原点として、 B軸回りに左右 9 0度ずつ回動可能に装着されている。 工具スピン ドル 1 4は、 回転工具台 1 5に内蔵された図示しない口 ック装置により、 その回転を強固に固定できるようになつている。 従 つて、 工具スピン ドル 1 4にフライスやドリル等の回転工具を取付け ることができることは当然として、 工具スピン ドル 1 4をロックした 状態で旋削刃物 （バイ トなど） を取付けることも可能である。

上記のように構成された複合型刃物台 6の工具スピン ドル 1 4に装 着された工具 1 8は、 以下に述べるような動作が可能である。 まず、 旋盤の刃物台の基本的な動作として、 移動台 7の Z軸方向移動と送り 台 1 2の X軸方向移動により、 Z軸と X軸方向の移動位置決めが可能 である。 更に回転工具台 1 5の B軸制御により、 工具の方向を第 1主 軸台または第 2主軸台側に自由に傾けることができる。 更に、 傾斜台 1 7の前後方向移動と送り台 1 2の X軸方向移動とを傾斜台 1 7の上 面の傾斜角に対応する関係で同期制御することにより、 送り台 1 2、 従って工具スピン ドル 1 4の Y軸方向の移動位置決めが可能である。 即ち、 例えば工具スピン ドル 1 4に正面フライスを装着して、 主軸の C軸を固定した状態で工具スピン ドル 1 4を Y軸方向に移動させるこ とにより、 ワークの周面に主軸と平行な大きな平面の加工を行うこと ができる。 更に、 工具スピン ドル 1 4を B軸回りに角度制御すること によって、 傾斜平面の加工や湾曲した平面の加工も可能である。

べッ ド 5の奥側左端に隣接して、 複合型刃物台 6に装着する工具の 工具マガジン 1 9が配置され、 この工具マガジンの工具を複合型刃物 台の工具スピンドル 1 4に着脱する A T C 2 0が設けられている。 図 の工具マガジン 1 9は、 旋盤に対して外側を向く方向に多数の工具ホ ルダ 2 1を連結した周回チェン 2 2を配置し、 工具ホルダに装着され た工具の一つを周回チェンの周回によって A T C 2 0との受け渡し位 置に位置決めすることにより、 工具の選択を行う構造のものである。

また、 A T C 2 0は、 両端に工具把持爪を備えた旋回アーム 2 3を 備えた構造で、 この旋回アームは Z軸方向に延びるガイ ドレ一ル 2 4 に沿って往復動する トラパーザ 2 5に装着されている。

工具マガジン 1 9及び A T C 2 0の配置空間と複合型刃物台 6の移 動空間との間には、 図 2に示すように、 シャ ツ夕 2 6を備えた隔壁 2 7が設けられている。 複合型刃物台 6がワークを加工している間に、 工具マガジン 1 9が次工程で使用される工具を受け渡し位置に移動し、 A T Cの旋回アーム 2 3が、 その一方の工具把持爪 2 8に選択された 工具を把持してガイ ドレール 2 4に沿って刃物台側に移動し、 待機す る σ

複合型刃物台 6は、 装着された工具による加工が終了した段階で、 X軸方向の原点 （ホームポジション） に復帰する。 回転工具台 1 5は、 Β軸回りに一 9 0度の位置に移動して、 工具スピン ドルを A T C側に 向ける。 この状態でシャッ夕 2 6を開き、 移動台 7を A T C側に移動 して工具スピン ドル 1 4に把持されていた工具を A T Cの旋回アーム 2 3に渡す。 次に旋回アーム 2 3は 1 8 0度回転して、 新しい工具を 工具スビン ドル 1 4に装着する。

そして複合型刃物台 6 と A T C 2 0とが互いに離れる方向に移動し、 シャヅタ 2 6が閉じる。 その後、 A T Cは受け取った工具を工具マガ ジン 1 9に戻し、工具マガジンは更に次工程の工具の選択動作に入る。 一方、 複合型刃物台 6は、 所定のタイ ミングで新たに装着された工具 による加工を開始する。

以上説明したこの実施例の複合 N C旋盤によれば、 以下に述べるよ うなワークの加工が可能である。

A . 図 3に示すように、 右側主軸 1 Rを回転させながら右側夕レッ ト 9 Rで右側ワークの旋削加工を行いつつ、 左側主軸 1 Lを固定してェ 具スピン ドル 1 4に装着したフライスカッ夕で左側ワークの平面加工 を行う。 このとき、 左側夕レッ ト 9 Lで左側ワークに対する孔開け加 ェを同時に行ったり、 左側タレッ ト 9 Lに装着した受け具をワークに 押接して、 ワークの撓みを防止することにより、 複合型刃物台の重切 削を可能にすることができる。 左側と右側を逆にした加工も勿論可能 でめ 。

B . 図 4に示すように、 左側主軸 1 Lと右側主軸 1 Rとでワークを別 個に、 または両端把持した状態でワークを回転し、 工具スピン ドル 1 4に旋削工具を装着して、 2個の工具夕レッ ト 9 L、 9 Rと共に合計 3個の旋削工具でワークの同時加工が可能である。 このとき、 工具ス ピン ドルの工具の負荷と 2台の夕レツ トの工具の負荷とが互いに逆方 向に作用するため、 ワークの橈みを回避したバランス切削が可能であ る o

C . 図 5に示すように、 工具スピン ドル 1 4が工具の交換を行ってい る間、 または左側と右側との間の移動を行っている間に、 左側及び右 側でそれぞれの主軸と工具夕レツ 卜とにより、 ワークの加工を継続す ることができる。

D . 図 6に示すように、 工具スピン ドル 1 4に装着した工具で非常に 大きな切削反力が作用する加工を行う際に、 左側及び右側夕レツ ト 9 L、 9 Rに装着したワーク受け具をワークに押接してワークを保持す ることにより、 従来不可能であったような重切削が実現できる。 この 場合にワークの両端を両側の主軸で把持してワークを低速回転させる 加工も可能で、 両主軸を同期させて加工反力に対抗する大きな トルク をワークに付与することが可能である。

E . 図 7に示すように、 一方の主軸 1 Rを固定して工具スピン ドル 1 4の回転工具で加工を行なっている間に他方の主軸 1 Lのワークに左 側と右側との両工具タレッ トの 2個の刃物で同時に旋削加工を行なう というような加工が可能である。

F . 図 8に示すように、 左側夕レ ッ ト 9 Lを待避させて左側主軸 1 L と右側夕レツ ト 9 Rとで左側のワークを加工することにより、 右側夕 レッ トにしか装着されていない工具を用いて左側のワークを加工でき る。 その逆の動作も可能で、 このとき工具夕レッ ト 1 4に装着したェ 具で反対の側のワークを加工するようにすれば、 一方の工具夕レヅ ト を使用しないことによる加工能率の低下も防止でき る

Claims

請求の範囲

1 . 同一軸線上で対向する左側主軸（1L )及び右側主軸（1R )と、 ォペレ —タから見て主軸（1L，1H )の手前下側に位置する左側夕レツ ト刃物台 ( 8L )及び右側夕レッ ト刃物台（8R)と、オペレータから見て主軸（1L，1R) の奥側上方に位置するワーク側を向いた工具スビン ドル（14)を備えた 第 3の刃物台（6 )と、 この第 3の刃物台に装着する工具を収容するェ 具マガジン（19 )と、その自動工具交換装置（20 )とを備え、左側主軸（1L ) 及び右側主軸（1R)は主軸回りの角度制御が可能でかつ個別独立駆動及 び同期駆動が可能な主軸モー夕（4L，4R)を備え、 第 3の刃物台（6 )は主 軸方向、 工具送り方向、 当該主軸及び工具送り方向に直交する Y軸方 向位置を制御可能にして設けられ、 前記工具スピン ドル（14 )は前記第 3の刃物台に前記 Y軸回りの角度位置を制御可能にして設けられ、 か つ前記工具スピン ドルはその回転を固定可能に設けられていることを 特徴とする、 複合 N C旋盤。

2 . 固定的に設けられた左側主軸（1L )と、 主軸方向に移動可能に設け られた右側主軸（1R)と、 主軸方向及び工具送り方向に移動可能に設け られた左側及び右側工具夕レッ ト（9L，9R)と、 右側主軸の主軸方向移 動を機械的に固定する口ック装置とを備えている、 請求項 1に記載の 複合 N C旋盤。

3 . 左側及び右側工具夕レッ ト（9L，9R)の主軸方向の移動ス トロ一ク が、 左側主軸に把持されたワークに対向する左端位置から右側主軸に 把持されたワークに対向する右端位置までのス トロ一クをそれそれ備 えている、 請求項 2に記載の複合 N C旋盤。

4 . 工具夕レッ ト（9L，9R)が回転工具を装着可能でかつそれぞれの刃 物台（8L，8R)の相手側刃物台に近い位置に装着されていることを特徴 とする、 請求項 1、 2又は 3に記載の複合 N C旋盤。