WO2020149372A1 - 工作機械 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a machine tool capable of joining two works into one joined work.
- the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a machine tool capable of easily detecting that misalignment has occurred between two joined works. It is in.
- the first spindle that holds the first workpiece, the second spindle that holds the second workpiece, and the axial ends of the workpieces held by the respective spindles are joined together to form the first workpiece.
- a machine tool comprising: and a joining unit configured to form the second workpiece into one joined workpiece, the electric servomotor moving the first spindle in a direction intersecting an axis of the first spindle, Current value detection means for detecting a current value of the electric servomotor and the current value detection when the bonded work is rotated by the first main spindle or the second main spindle in a state in which the main work is gripped by the main spindle. Center misalignment detection means for detecting misalignment between the first work and the second work in the joined work based on the current value detected by the means.
- the center misalignment detection means when the center misalignment detection means has an amplitude of a current value detected by the current value detection means of a predetermined value or more, It is preferable to detect misalignment with the second work.
- the machine tool of the present invention further has a rotation angle detecting means for detecting a rotation angle of the first main spindle based on a predetermined rotation position in the above configuration, and the misalignment detecting means is the rotation angle detecting means. It is configured to detect the misalignment direction of the second work with respect to the first work based on the rotation angle detected by the above and the fluctuation cycle of the current value detected by the current value detection means. Is preferred.
- the joining means has an axial end portion of the first work held by the first spindle and an axial end of the second work held by the second spindle. It is preferable that the portion is configured to be frictionally pressure-welded.
- FIG. 2 is an explanatory view showing a state where two works are frictionally pressure-welded by the machine tool shown in FIG. 1. It is explanatory drawing which shows the state in which the two work pieces joined by friction welding were misaligned. It is explanatory drawing which shows the state which has detected the misalignment of the bonded work by the machine tool shown in FIG. It is a diagram showing an example of a variation in the current value detected by the current value detection means when detecting the misalignment of the joined work.
- FIG. 6 is a diagram showing a correlation between an amplitude of a current value of an electric servomotor and an eccentricity amount of misalignment. It is explanatory drawing for demonstrating the method of detecting the direction of misalignment.
- the machine tool 1 shown in FIG. 1 is configured as a lathe such as a CNC lathe, and has a first spindle 10 and a second spindle 20 mounted on a base 2.
- the first main shaft 10 and the second main shaft 20 are arranged so that the axis of the first main shaft 10 and the axis of the second main shaft 20 are parallel to each other and are separated from each other in the direction of the axis.
- the direction parallel to the axes of the first main shaft 10 and the second main shaft 20 is the Z-axis direction
- the direction orthogonal to the Z-axis direction is the X-axis direction
- the direction orthogonal to the Z-axis direction and the X-axis direction is the Y-axis.
- the first spindle 10 is rotatably supported by the first spindle stock 11 and is rotationally driven by the first spindle motor.
- the first spindle motor for example, a built-in motor configured inside the first spindle stock 11 between the first spindle stock 11 and the first spindle 10 can be adopted.
- the distal end of the first spindle 10 is provided with a first chuck 10a, the first spindle 10 can grip the first work W 1 by the first chuck 10a.
- the first spindle 10 in a state where the first chuck 10a gripping the first workpiece W 1 by driving the rotation by a first spindle motor, it is possible to rotate the first workpiece W 1.
- the second spindle 20 is rotatably supported by the second spindle stock 21 and is rotationally driven by the second spindle motor.
- the second spindle motor for example, a built-in motor configured inside the second spindle stock 21 between the second spindle stock 21 and the second spindle 20 can be adopted.
- a second chuck 20a is provided at the tip of the second spindle 20 facing the first spindle 10.
- the second spindle 20 can hold the second work W 2 by the second chuck 20 a.
- the second spindle 20 in a state where the second chuck 20a grips the second workpiece W 2 by rotating driven by a second spindle motor, it is possible to rotate the second workpiece W 2.
- An X-axis moving mechanism 30 for moving the first spindle 10 in the X-axis direction and a Z-axis moving mechanism 40 for moving the first spindle 10 in the Z-axis direction are provided between the base 2 and the first spindle headstock 11. Is provided.
- the X-axis moving mechanism 30 includes an X-axis guide rail 31 fixed to the base 2 and extending along the X-axis direction, and a Z-axis moving mechanism 40 is slidably mounted on the X-axis guide rail 31.
- a ball screw mechanism 32 is provided between the X-axis guide rail 31 and the Z-axis moving mechanism 40.
- An electric servomotor 33 is connected to the ball screw mechanism 32. By rotating the ball screw mechanism 32 by the electric servomotor 33, the Z-axis moving mechanism 40 and the first main spindle 10 are moved along the X-axis guide rail 31 in an X direction. It can be moved in the axial direction. Further, the electric servomotor 33 can also operate so as to hold the position of the first main spindle 10 in the X-axis direction.
- the electric servomotor 33 that moves the first spindle 10 in the X-axis direction orthogonal to the axis of the first spindle for example, an AC servomotor, a DC servomotor, or the like, which moves the first spindle 10 in the X-axis direction. It is possible to employ various structures that can hold the first main shaft 10 at any position in the X-axis direction.
- the Z-axis moving mechanism 40 includes a Z-axis guide rail 41 extending along the Z-axis direction.
- the first headstock 11 is slidably mounted on the Z-axis guide rail 41.
- a ball screw mechanism 42 is provided between the Z-axis guide rail 41 and the first headstock 11.
- An electric servomotor 43 is connected to the ball screw mechanism 42. By rotating the ball screw mechanism 42 by the electric servomotor 43, the first spindle 10 is moved along with the first spindle headstock 11 along the Z-axis guide rail 41 along the Z-axis guide rail 41. It can be moved in the axial direction.
- the electric servomotor 43 for moving the first spindle 10 in the Z-axis direction for example, an AC servomotor, a DC servomotor, or the like, which can move the first spindle 10 in the Z-axis direction, and the first spindle 10 can be moved.
- an AC servomotor, a DC servomotor, or the like which can move the first spindle 10 in the Z-axis direction, and the first spindle 10 can be moved.
- Various structures that can be held at arbitrary positions in the Z-axis direction can be adopted.
- the machine tool 1 can also be configured to include a tool for cutting.
- the first work W 1 gripped by the first chuck 10a of the first spindle 10 or the second work W 2 gripped by the second chuck 20a of the second spindle 20 can be cut by a tool. It can be configured.
- the machine tool 1 has a control unit 50.
- the control unit 50 has a function as a microcomputer including storage means such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and has a spindle motor for the first spindle 10, a spindle motor for the second spindle 20, and an electric servomotor 33. And an electric servomotor 43.
- a CPU Central Processing Unit
- the control unit 50 has a function as a microcomputer including storage means such as a CPU (Central Processing Unit) and a memory, and has a spindle motor for the first spindle 10, a spindle motor for the second spindle 20, and an electric servomotor 33. And an electric servomotor 43.
- CPU Central Processing Unit
- the control unit 50 integrally controls the operations of the spindle motor of the first spindle 10, the spindle motor of the second spindle 20, the electric servomotor 33, the electric servomotor 43, and the tool, so that the first chuck 10a of the first spindle 10 is controlled.
- the first work W 1 gripped by the second work W 2 gripped by the second chuck 20a of the second spindle 20 can be processed by a tool.
- control unit 50 integrally controls the operations of the spindle motor of the first spindle 10, the spindle motor of the second spindle 20, the electric servomotor 33, and the electric servomotor 43, so that the first chuck 10a of the first spindle 10a. Frictionally presses the axial end of the first work W 1 gripped by and the axial end of the second work W 2 gripped by the second chuck 20 a of the second spindle 20 into one joined work W 3.
- the control unit 50 controls the axial end portion of the first work W 1 held by the first chuck 10 a of the first main spindle 10 and the second work W 2 held by the second chuck 20 a of the second main spindle 20. It is configured to have a function as a joining unit 51 that frictionally press-contacts the end portion in the axial direction to form one joined work W 3 .
- the first work piece W 1 is gripped by the first spindle 10 using the first chuck 10 a
- the second work piece W 2 is gripped by the second spindle 20 using the second chuck 20 a.
- the first spindle 10 and the second spindle 20 are coaxially arranged side by side so that the axial end portion of the first work W 1 and the axial end portion of the second work W 2 face each other.
- first work W 1 and the second work W 2 for example, round bars made of steel can be used, but those made of other metal materials and those having other shapes can also be used.
- the first work W 1 and the second work W 2 are preferably processed into a shape suitable for friction welding by using, for example, the above-mentioned tool before being frictionally welded.
- the second spindle 20 is rotated at a predetermined rotation speed while the rotation of the first spindle 10 is stopped, and the first workpiece W 1 gripped by the first spindle 10 and the first workpiece W 1 gripped by the second spindle 20 are rotated.
- the two workpieces W 2 are rotated relative to each other with a predetermined rotation speed difference.
- first spindle 10 and the second spindle 20 may be rotated in the same direction at different rotation speeds so that the first work W 1 and the second work W 2 are relatively rotated.
- first work W 1 and a second workpiece W 2 may be rotated relative to rotate in opposite directions and a second spindle 20 at different rotational speeds or the same speed.
- the first work W 1 held by the first main spindle 10 and the second work W 2 held by the second main spindle 20 were rotated relative to each other at a predetermined rotational speed difference.
- the electric servomotor 43 of the Z-axis moving mechanism 40 is operated to move the first main spindle 10 in the Z-axis direction so as to approach the second main spindle 20, and the first end of the first workpiece W 1 (axial end (axial The directional end surface) is brought into contact with the axial end portion (axial end surface) of the second work W 2 .
- Rotational speed difference between the first workpiece W 1 and the second workpiece W 2 to rotate relative the first workpiece W 1 and the rotational speed difference may cause frictional heat necessary for friction welding the second workpiece W 2 If
- the rotation of the second spindle 20 is stopped and the first work W 1 and the first work W 1 After the relative rotation between the second work W 2 is stopped, the first spindle 10 is further moved in the Z-axis direction so as to approach the second spindle 20.
- the axial end portion of the second work W 2 is pressed against the axial end portion of the first work W 1 with a predetermined pressure (upset pressure) in the direction along the Z-axis direction, and the first work W 1 and the first work W 1
- Two workpieces W 2 can be friction-welded to each other with their axial end portions being joint surfaces to form one joined workpiece W 3 .
- the procedure of the friction welding by the joining means 51 is not limited to the above, and can be variously changed as long as the first work W 1 and the second work W 2 can be joined by the friction welding.
- the misalignment detection unit 52 detects the misalignment.
- the misalignment detection unit 52 is configured as a function of the control unit 50. That is, the control unit 50 detects the misalignment between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 formed by joining the first work W 1 and the second work W 2 by the joining means 51. It is configured to have a function as the misalignment detection unit 52.
- control unit 50 is provided with an ammeter 53 as current value detecting means.
- the ammeter 51 is connected to the electric servomotor 33, and can detect the current value of the current supplied to the electric servomotor 33 from the control unit 50 (current value of the electric servomotor 33).
- the machine tool 1 of the present embodiment can detect the misalignment by the misalignment detection means 52.
- the joined work W 3 is joined to the first chuck 10 a.
- the position of the first spindle 10 in the X-axis direction is held by the electric servomotor 33 controlled by the controller 50.
- the first work spindle 10 may be operated instead of the second work spindle 20 to rotate the bonded work W 3 .
- the first spindle 10 When the first workpiece W 1 and the second workpiece W 2 is the bonding work W 3 in the state that caused the misalignment, rotates while being held by the first chuck 10a and second chuck 20a, as shown in FIG. 4
- the first spindle 10 centering around the axis of the second spindle 20 that is fixed to the base 2 and cannot move in the X-axis direction, the first spindle 10 has a misalignment amount between the first work W 1 and the second work W 2 ( Vibration in the X-axis direction occurs with an amplitude twice the eccentric distance a.
- the vibration is applied to the electric servomotor 33 via the ball screw mechanism 32, so that the electric servomotor 33 receives a load corresponding to the misalignment between the first work W 1 and the second work W 2 . It is added in a predetermined cycle according to the rotation angle of the main shaft 10.
- the electric servomotor 33 of the X-axis moving mechanism 30 is controlled by the control unit 50 so as to hold the position of the first spindle 10 in the X-axis direction.
- the current value of the current supplied from the control unit 50 to the electric servomotor 33 to maintain the position of the first spindle 10 in the X-axis direction on the spindle 10 depends on the rotation angle of the first spindle 10. It will be increased or decreased. That is, the current value of the electric servo motor 33 increases or decreases according to the rotation angle of the first main shaft 10, as shown in FIG. 5, for example.
- the increase/decrease range of the current value of the electric servomotor 33 that is, the fluctuation range increases as the amount of misalignment (eccentricity) between the first work W 1 and the second work W 2 increases.
- the correlation between the misalignment amount (eccentricity amount) between the first work W 1 and the second work W 2 and the fluctuation range of the current value of the electric servomotor 33 depends on the structure of the machine tool 1, the structure of the control unit 50, and the like. Be different. Therefore, the storage unit of the control unit 50 stores the correlation between the amount of eccentricity and the amplitude of the current value, which is obtained in advance by an experiment or the like.
- the correlation may be stored as a function indicating the correlation between the eccentricity amount and the amplitude of the current value, as shown in FIG. 6, or the correlation between the eccentricity amount and the amplitude of the current value may be stored in a plurality of numerical values. It may be stored by another method such as the numerical table shown in.
- the misalignment detection means 52 determines the first work W 1 in the bonded work W 3 based on the fluctuation range of the current value detected by the ammeter 53. The misalignment between the second work W 2 and the second work W 2 can be detected. In the present embodiment, the misalignment detection means 52 uses the amplitude of the current value detected by the ammeter 53 (difference between the maximum value and the minimum value of the varying current value) as the first work in the bonded work W 3 . The misalignment between W 1 and the second work W 2 is detected.
- the misalignment detection unit 52 applies the amplitude of the current value obtained from the fluctuation of the current value detected by the ammeter 53 as shown in FIG. 5 to the correlation shown in FIG. The amount of misalignment between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 can be detected.
- the misalignment detecting means 52 when the amplitude of the current values obtained from the current value detected by the ammeter 53, reaches a predetermined value set in advance that is, greater than a predetermined threshold value, the in the joint work W 3 The misalignment is determined to have occurred between the first work W 1 and the second work W 2, and the misalignment is detected.
- the threshold value for determining the presence or absence of misalignment can be set arbitrarily in consideration of, for example, the dimensional tolerance required for a product manufactured by further processing the bonded work W 3 . Further, the threshold value is set in advance in a program or the like that is set in advance and stored in the storage unit of the control unit 50.
- the amplitude of the current value obtained from the fluctuation of the current value detected by the ammeter 53 is equal to or larger than a preset predetermined value, that is, a predetermined threshold value, without using the correlation between the eccentricity amount and the amplitude of the current value. In this case, it is also possible to determine that there is a misalignment between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 and detect the misalignment.
- the absolute value of the increase/decrease amount based on the central value of the fluctuation of the current value is equal to or larger than a predetermined threshold value.
- the misalignment detection means 52 detects that the misalignment amount of the predetermined misalignment amount (eccentricity amount) or more is generated between the first work W 1 and the second work W 2. When it is detected, an error determination is performed on the bonded work W 3 .
- the machine tool 1 may be configured to notify an operator or the like of an error when an error is determined. The error can be notified by various methods such as automatically stopping the operation of the machine tool 1, issuing an alarm, lighting a warning light, and displaying an error on a monitor or the like.
- the bonded work W 3 is rotated by the first spindle 10 or the second spindle 20 while the bonded work W 3 is gripped by the first chuck 10 a and the second chuck 20 a. Then, at this time, the misalignment between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 can be easily detected based on the fluctuation range of the current value detected by the ammeter 53.
- the amount of misalignment between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 can also be easily detected based on the correlation between the eccentricity and the amplitude of the current value obtained in advance. ..
- the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 are determined based on the fluctuation range of the current value of the electric servomotor 33 that fluctuates according to the misalignment amount. Since the misalignment is detected , the misalignment amount can be detected irrespective of the mass and shape of the first work W 1, the second work W 2 or the bonded work W 3 . Therefore, it is not necessary to use the misalignment detection means 52 having a setting or a structure corresponding to each work for a plurality of types of works having different masses and shapes, and the versatility of the machine tool 1 can be improved. it can.
- the machine tool 1 further includes a rotation angle detection means 54 for detecting a rotation angle of the first spindle 10 with respect to a predetermined rotation position, and the misalignment detection means 52 detects the rotation detected by the rotation angle detection means 54.
- the rotation angle detecting means 54 for example, a rotary encoder or the like can be adopted.
- the misalignment detection unit 52 increases the current value in the positive direction when the misalignment direction of the first work W 1 with respect to the second work W 2 is in the positive direction of the X-axis, as shown in FIG. 7.
- the rotation angle detecting means 54 is configured to detect the rotation angle of the first spindle 10 with reference to the upper spindle angle detection position along the Y-axis direction of the first spindle 10, the rotation of the first spindle 10
- the current value reaches the maximum value when the angle is ⁇ (see FIG. 5 )
- the machine tool 1 is not limited to the case where the first work W 1 and the second work W 2 are misaligned not only in the X-axis direction but also in any direction.
- the misalignment can be detected, the misalignment of the misalignment between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 can be obtained by providing the rotation angle detection means 54.
- the shift direction can also be easily detected.
- the machine tool 1 detects the misalignment amount and the misalignment direction of the misalignment that occurs between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 . Therefore, by adjusting the machine tool 1 based on the detection result, misalignment can be easily prevented.
- the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 are processed. Although it is determined that there is a misalignment between the first work W and the first work W in the joined work W 3 based on other parameters based on the current value of the electric servomotor 33 detected by the ammeter 53. It may be determined that the misalignment has occurred between the first work W 2 and the first work W 2 .
- the first main spindle 10 is moved by the electric servomotor 33 in the direction orthogonal to the axis of the first main spindle 10.
- the direction can be variously changed as long as it is a direction intersecting the axis of 10.
- the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 are processed.
- FFT Fast Fourier Transform
- the misalignment occurs between the first work W 1 and the second work W 2 in the joined work W 3 based on the extracted components. According to these methods, even when the fluctuation range of the current value of the electric servomotor 33 detected by the ammeter 53 is small, the first work W 1 and the second work W 3 in the joined work W 3 can be accurately performed. It is possible to determine that misalignment has occurred between the two .
- the joining means 51 is configured to frictionally press and join the axial end portion of the first work W 1 and the axial end portion of the second work W 2 .
- the axial end portion of the first work W 1 and the axial end portion of the second work W 2 may be joined by welding means such as laser welding, or the first work W 1
- the joining method can be variously changed, such as a configuration in which the axial end portion and the axial end portion of the second work W 2 are joined by press-fitting and fitting the unevenness provided on them.
- the first spindle 10 is configured to be movable in the Z-axis direction by the Z-axis moving mechanism 40, but the X-axis moving mechanism 30 that moves the first spindle 10 in the X-axis direction is provided. If so, the Z-axis moving mechanism 40 may be provided on the second spindle 20 side, or the Z-axis moving mechanism 40 may not be provided.
- the machine tool 1 has an annular guide bush between the first main spindle 10 and the second main spindle 20 for supporting the second work W 2 held by the second chuck 20 a of the second main spindle 20. It is also possible to have a configuration provided.
- the threshold for determining the presence or absence of misalignment, the misalignment amount that occurred between the first workpiece W 1 and the second workpiece W 2 at the bonding work W 3 are joined workpiece W 3 is a guide bush It is preferable to set it so that it is within a range that allows passage.
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Abstract
第1主軸(10)と、第2主軸(20)と、各主軸(10、20)に把持された各ワーク(W1、W2)の軸方向端部を接合して接合ワーク(W3)とする接合手段(51)と、を有する工作機械(1)であって、第1主軸(10)を、第1主軸(10)の軸線に交差する方向に移動させる電動サーボモータ(33)と、電動サーボモータ(33)の電流値を検出する電流値検出手段(53)と、両主軸(10、20)により接合ワーク(W3)を把持した状態で接合ワーク(W3)を回転させたときに電流値検出手段(53)により検出される電流値に基づいて、接合ワーク(W3)における第1ワーク(W1)と第2ワーク(W2)との芯ずれを検出する芯ずれ検出手段(52)と、を有することを特徴とする工作機械(1)。
Description
本発明は、2つのワークを接合して1つの接合ワークとすることができる工作機械に関する。
従来、互いに対向する2本の主軸を有する旋盤等の工作機械として、一方の主軸の把持部に把持されたワークの軸方向端部と他方の主軸の把持部に把持されたワークの軸方向端部とを、例えば摩擦圧接や溶接、圧入等の接合手段によって接合することで、これらのワークを1つの接合ワークとするように構成されたものが知られている(特許文献1参照)。
上記従来の工作機械においては、2つのワークを互いに同軸となるように精度よく接合するために、接合前に、両ワークの軸方向端面を、バイト等の工具を用いて接合に適した形状に加工するのが一般的であるが、例えば、工具の摩耗や欠損、加工部に供給される切削油の劣化、工作機械の経年劣化等の種々の要因によって、接合された2本のワークに突発的に芯ずれ(偏心)が生じるおそれがある。
しかし、上記従来の工作機械は、接合された2本のワークに芯ずれが生じても、当該芯ずれを検出することができない。
本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、接合された2本のワークに芯ずれが生じていることを容易に検出することが可能な工作機械を提供することにある。
本発明の工作機械は、第1ワークを把持する第1主軸と、第2ワークを把持する第2主軸と、各主軸に把持された各ワークの軸方向端部を接合して前記第1ワークと前記第2ワークとを1つの接合ワークとする接合手段と、を有する工作機械であって、前記第1主軸を、前記第1主軸の軸線に交差する方向に移動させる電動サーボモータと、前記電動サーボモータの電流値を検出する電流値検出手段と、両主軸により前記接合ワークを把持した状態で、前記第1主軸または前記第2主軸により前記接合ワークを回転させたときに前記電流値検出手段により検出される電流値に基づいて、前記接合ワークにおける前記第1ワークと前記第2ワークとの芯ずれを検出する芯ずれ検出手段と、を有することを特徴とする。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記芯ずれ検出手段が、前記電流値検出手段により検出される電流値の振幅が所定値以上となったときに、前記接合ワークにおける前記第1ワークと前記第2ワークとの間の芯ずれを検出するのが好ましい。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記第1主軸の所定の回転位置を基準とした回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに有し、前記芯ずれ検出手段が、前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度と前記電流値検出手段により検出される電流値の変動周期とに基づいて、前記第1ワークに対する前記第2ワークの芯ずれの方向を検出するように構成されているのが好ましい。
本発明の工作機械は、上記構成において、前記接合手段が、前記第1主軸に把持された前記第1ワークの軸方向端部と前記第2主軸に把持された前記第2ワークの軸方向端部とを摩擦圧接するように構成されているのが好ましい。
本発明によれば、接合された2本のワークに芯ずれが生じていることを容易に検出することが可能な工作機械を提供することができる。
以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施の形態である工作機械1について詳細に例示説明する。
図1に示す工作機械1は、例えばCNC旋盤等の旋盤として構成されたものであり、基台2に搭載される第1主軸10と第2主軸20とを有している。
第1主軸10と第2主軸20は、第1主軸10の軸線と第2主軸20の軸線とが互いに平行となるとともに軸線の方向に互いに離れるように対向配置されている。以下、第1主軸10と第2主軸20の軸線に平行な方向をZ軸方向とし、Z軸方向に直交する方向をX軸方向とし、Z軸方向及びX軸方向に直交する方向をY軸方向とする。
第1主軸10は第1主軸台11に回転自在に支持され、第1主軸モータによって回転駆動される。第1主軸モータとしては、例えば、第1主軸台11の内部において第1主軸台11と第1主軸10との間に構成されるビルトインモータを採用することができる。第1主軸10の先端には第1チャック10aが設けられ、第1主軸10は第1チャック10aにより第1ワークW1を把持することができる。第1チャック10aにより第1ワークW1を把持した状態で第1主軸10を第1主軸モータによって回転駆動することで、第1ワークW1を回転させることができる。
第2主軸20は第2主軸台21に回転自在に支持され、第2主軸モータによって回転駆動される。第2主軸モータとしては、例えば、第2主軸台21の内部において第2主軸台21と第2主軸20との間に構成されるビルトインモータを採用することができる。第2主軸20の第1主軸10の側を向く先端には第2チャック20aが設けられている。第2主軸20は第2チャック20aにより第2ワークW2を把持することができる。第2チャック20aにより第2ワークW2を把持した状態で第2主軸20を第2主軸モータにより回転駆動することで、第2ワークW2を回転させることができる。
基台2と第1主軸台11との間には、第1主軸10をX軸方向に移動させるX軸移動機構30と、第1主軸10をZ軸方向に移動させるZ軸移動機構40とが設けられている。
X軸移動機構30は基台2に固定されてX軸方向に沿って延びるX軸ガイドレール31を備えており、X軸ガイドレール31にZ軸移動機構40がスライド自在に装着されている。X軸ガイドレール31とZ軸移動機構40との間にはボールネジ機構32が設けられている。ボールネジ機構32には電動サーボモータ33が接続されており、電動サーボモータ33によってボールネジ機構32を回転駆動することにより、Z軸移動機構40とともに第1主軸10をX軸ガイドレール31に沿ってX軸方向に移動させることができる。また、電動サーボモータ33は、第1主軸10のX軸方向の位置を保持するように作動することもできる。
第1主軸10を、第1主軸10の軸線に直交するX軸方向に移動させる電動サーボモータ33としては、例えばACサーボモータ、DCサーボモータ等の、第1主軸10をX軸方向に移動させることができるとともに第1主軸10をX軸方向の任意の位置に保持可能な種々の構成のものを採用することができる。
Z軸移動機構40はZ軸方向に沿って延びるZ軸ガイドレール41を備えている。Z軸ガイドレール41には第1主軸台11がスライド自在に装着されている。Z軸ガイドレール41と第1主軸台11との間にはボールネジ機構42が設けられている。ボールネジ機構42には電動サーボモータ43が接続されており、電動サーボモータ43によってボールネジ機構42を回転駆動することにより、第1主軸10を第1主軸台11とともにZ軸ガイドレール41に沿ってZ軸方向に移動させることができる。
第1主軸10を、Z軸方向に移動させる電動サーボモータ43としては、例えばACサーボモータ、DCサーボモータ等の、第1主軸10をZ軸方向に移動させることができるとともに第1主軸10をZ軸方向の任意の位置に保持可能な種々の構成のものを採用することができる。
工作機械1は、切削加工のための工具を備えた構成とすることもできる。この場合、第1主軸10の第1チャック10aに把持された第1ワークW1ないし第2主軸20の第2チャック20aに把持された第2ワークW2を工具により切削加工することが可能な構成とすることができる。
工作機械1は制御部50を有している。制御部50は、CPU(中央演算処理装置)やメモリ等の記憶手段を備えたマイクロコンピュータとしての機能を有し、第1主軸10の主軸モータ、第2主軸20の主軸モータ、電動サーボモータ33及び電動サーボモータ43に接続されている。
制御部50は、第1主軸10の主軸モータ、第2主軸20の主軸モータ、電動サーボモータ33、電動サーボモータ43及び工具の作動を統合制御することにより、第1主軸10の第1チャック10aに把持された第1ワークW1ないし第2主軸20の第2チャック20aに把持された第2ワークW2を工具により加工することができる。
また、制御部50は、第1主軸10の主軸モータ、第2主軸20の主軸モータ、電動サーボモータ33及び電動サーボモータ43の作動を統合制御することにより、第1主軸10の第1チャック10aにより把持された第1ワークW1の軸方向端部と第2主軸20の第2チャック20aにより把持された第2ワークW2の軸方向端部とを摩擦圧接して1つの接合ワークW3とすることができる。すなわち、制御部50は、第1主軸10の第1チャック10aにより把持された第1ワークW1の軸方向端部と第2主軸20の第2チャック20aにより把持された第2ワークW2の軸方向端部とを摩擦圧接して1つの接合ワークW3とする接合手段51としての機能を有する構成となっている。
以下に、制御部50の接合手段51としての機能により、工作機械1が第1ワークW1の軸方向端部と第2ワークW2の軸方向端部とを摩擦圧接する手順ないし方法について説明する。
まず、図1に示すように、第1主軸10に第1チャック10aを用いて第1ワークW1を把持させ、第2主軸20に第2チャック20aを用いて第2ワークW2を把持させるとともに、第1主軸10と第2主軸20とを同軸に並べて配置して第1ワークW1の軸方向端部と第2ワークW2の軸方向端部とを対向させる。
第1ワークW1及び第2ワークW2としては、例えば鋼材製の丸棒を用いることができるが、他の金属材料製のものや他の形状のものを用いることもできる。第1ワークW1及び第2ワークW2は、摩擦圧接される前に、例えば上記した工具を用いて摩擦圧接に適した形状に加工されるのが好ましい。
次に、第1主軸10の回転を停止させたまま第2主軸20を所定の回転速度で回転させて第1主軸10に把持された第1ワークW1と第2主軸20に把持された第2ワークW2とを所定の回転速度差で互いに相対回転させる。
なお、本実施の形態では、第1主軸10の回転を停止させたまま第2主軸20のみを所定の回転速度で回転させて第1ワークW1と第2ワークW2とを相対回転させるようにしているが、第2主軸20の回転を停止させたまま第1主軸10のみを所定の回転速度で回転させて第1ワークW1と第2ワークW2とを相対回転させるようにしてもよく、第1主軸10と第2主軸20とを異なる回転速度で同一方向に回転させて第1ワークW1と第2ワークW2とを相対回転させるようにしてもよく、第1主軸10と第2主軸20とを異なる回転速度または同一の回転速度で互いに逆方向に回転させて第1ワークW1と第2ワークW2とを相対回転させるようにしてもよい。
次に、図2に示すように、第1主軸10に把持された第1ワークW1と第2主軸20に把持された第2ワークW2とを所定の回転速度差で互いに相対回転させた状態で、Z軸移動機構40の電動サーボモータ43を作動させて第1主軸10を第2主軸20に接近するようにZ軸方向に移動させ、第1ワークW1の軸方向端部(軸方向端面)を第2ワークW2の軸方向端部(軸方向端面)に接触させる。第1ワークW1の軸方向端部が第2ワークW2の軸方向端部に接触すると、第1ワークW1と第2ワークW2との所定の回転速度差での相対回転によって第1ワークW1の軸方向端部と第2ワークW2の軸方向端部との間に摩擦熱が生じ、第1ワークW1と第2ワークW2とが摩擦加熱される。
相対回転する第1ワークW1と第2ワークW2との間の回転速度差は、第1ワークW1と第2ワークW2との摩擦圧接に必要な摩擦熱を生じさせ得る回転速度差であればよい。
摩擦加熱により第1ワークW1の軸方向端部と第2ワークW2の軸方向端部とが所定の温度に至ると、第2主軸20の回転を停止して第1ワークW1と第2ワークW2との間の相対回転を停止させた後、第1主軸10を第2主軸20に接近するようにさらにZ軸方向に移動させる。これにより、第2ワークW2の軸方向端部を第1ワークW1の軸方向端部に所定の圧力(アプセット圧)でZ軸方向に沿う方向に押し付けて、第1ワークW1と第2ワークW2とを互いの軸方向端部を接合面として摩擦圧接して1つの接合ワークW3とすることができる。
なお、接合手段51による摩擦圧接の手順は、上記に限らず、第1ワークW1と第2ワークW2とを摩擦圧接により接合することができれば、種々変更可能である。
工作機械1は、接合手段51としての機能により第1ワークW1と第2ワークW2とを接合してなる接合ワークW3の第1ワークW1と第2ワークW2との間に、互いの軸線がずれる芯ずれ(偏心)が生じたときに、当該芯ずれを検出する芯ずれ検出手段52を有している。芯ずれ検出手段52は、制御部50の機能として構成されている。すなわち、制御部50は、接合手段51により第1ワークW1と第2ワークW2とを接合してなる接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれを検出する芯ずれ検出手段52としての機能を有する構成となっている。
また、制御部50には電流値検出手段としての電流計53が設けられている。電流計51は電動サーボモータ33に接続されており、制御部50から電動サーボモータ33に供給される電流の電流値(電動サーボモータ33の電流値)を検出することができる。
図3に示すように、工作機械1により第1ワークW1と第2ワークW2とを接合した接合ワークW3には、例えば工具の摩耗や欠損、加工部に供給される切削油の劣化、工作機械1の経年劣化等の種々の要因によって、接合された第1ワークW1と第2ワークW2に突発的に芯ずれが生じるおそれがある。本実施の形態の工作機械1は、当該芯ずれを芯ずれ検出手段52により検出することができる。
以下に、芯ずれ検出手段52により、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれを検出する手順ないし方法について説明する。
まず、図4に示すように、工作機械1の接合手段51により第1ワークW1と第2ワークW2とを接合して接合ワークW3とした後、接合ワークW3が第1チャック10aと第2チャック20aとにより把持された状態で、第2主軸20のみを作動させて接合ワークW3を回転させる。このとき、第1主軸10のX軸方向の位置は、制御部50によって制御される電動サーボモータ33によって保持されている。第2主軸20が作動して接合ワークW3が回転すると、第2主軸20の回転が接合ワークW3を介して第1主軸10に伝達されて第1主軸10も第2主軸20に駆動されて回転する。
なお、第2主軸20に替えて第1主軸10を作動させて接合ワークW3を回転させてもよい。
第1ワークW1と第2ワークW2とが芯ずれを生じた状態の接合ワークW3が、第1チャック10aと第2チャック20aとにより把持された状態で回転すると、図4に示すように、基台2に固定されてX軸方向に移動することができない第2主軸20の軸線を中心として、第1主軸10に第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれ量(偏心距離)aの2倍の振幅でX軸方向の振動が生じる。そして、当該振動がボールネジ機構32を介して電動サーボモータ33に加えられることにより、電動サーボモータ33には第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれに対応した負荷が、第1主軸10の回転角度に応じた所定の周期で加えられることになる。
このとき、X軸移動機構30の電動サーボモータ33は、制御部50によって第1主軸10のX軸方向の位置を保持するように制御されているため、当該負荷に抗する反力を第1主軸10に生じさせて第1主軸10のX軸方向の位置を保持するために、制御部50から電動サーボモータ33に供給される電流の電流値は、第1主軸10の回転角度に応じて増減することになる。すなわち、電動サーボモータ33の電流値は、例えば図5に示すように、第1主軸10の回転角度に応じて増減することになる。電動サーボモータ33の電流値の増減幅すなわち変動幅は、第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれ量(偏心量)が大きいほど大きくなる。
第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれ量(偏心量)と電動サーボモータ33の電流値の変動幅との相関関係は、工作機械1の構造や制御部50の構造等によって相違する。そのため、制御部50の記憶手段には、予め実験等により得た偏心量と電流値の振幅との相関関係が記憶されている。相関関係は、例えば、図6に示すように、偏心量と電流値の振幅との相関関係を示す関数として記憶してもよく、あるいは偏心量と電流値の振幅との相関関係を複数の数値で示す数値テーブル等の他の方式で記憶してもよい。
電動サーボモータ33の電流値は電流計53により検出されるので、芯ずれ検出手段52は、電流計53により検出される電流値の変動幅に基づいて、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれを検出することができる。本実施の形態では、芯ずれ検出手段52は、電流計53により検出される電流値の振幅(変動する電流値の最大値と最小値の差)に基づいて、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれを検出するようにしている。
より具体的には、芯ずれ検出手段52は、図5に示すように電流計53により検出される電流値の変動から得られた電流値の振幅を、図6に示す相関関係に当てはめることで、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれ量を検出することができる。そして、芯ずれ検出手段52は、電流計53により検出される電流値から得られた電流値の振幅が、予め設定した所定値すなわち所定の閾値以上となったときに、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判断し、当該芯ずれを検出する。
芯ずれの有無を判定するための閾値は、例えば接合ワークW3をさらに加工して製造される製品に求められる寸法公差などを考慮して任意に設定することができる。また、閾値は、予め設定されて制御部50の記憶手段に格納されるプログラム等に予め入力されている。
なお、偏心量と電流値の振幅との相関関係を用いることなく、電流計53により検出される電流値の変動から得られた電流値の振幅が予め設定した所定値すなわち所定の閾値以上となったときに、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判断し、当該芯ずれを検出する構成とすることもできる。
また、電流計53により検出される電流値の変動幅であれば、例えば電流値の振幅に替えて、電流値の変動の中心値を基準とした増減量の絶対値等が所定の閾値以上となったときに、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判断し、当該芯ずれを検出する構成とすることもできる。
工作機械1は、芯ずれ検出手段52により、第1ワークW1と第2ワークW2との間に所定の芯ずれ量(偏心量)以上の芯ずれ量の芯ずれが生じていることを検出したときに、接合ワークW3に対してエラー判定をする。工作機械1は、エラー判定をした場合に、作業者等にエラーを通知する構成とすることができる。エラーの通知は、例えば、工作機械1の作動を自動的に停止させる、警報を発する、警告灯を点燈する、モニター等にエラー表示をする等の種々の方法で行うことができる。
このように本実施の形態の工作機械1では、第1チャック10aと第2チャック20aとにより接合ワークW3を把持した状態で、第1主軸10または第2主軸20により接合ワークW3を回転させ、このとき電流計53により検出される電流値の変動幅に基づいて、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれを容易に検出することができる。
また、予め得た偏心量と電流値の振幅との相関関係に基づいて、接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれ量をも容易に検出することができる。
さらに、本実施の形態の工作機械1では、芯ずれ量に応じて変動する電動サーボモータ33の電流値の変動幅に基づいて接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との芯ずれを検出するようにしているので、第1ワークW1、第2ワークW2ないし接合ワークW3の質量や形状等に拘わらず、芯ずれ量を検出することができる。したがって、質量や形状等が相違する複数種類のワークに対して、それぞれのワークに対応した設定ないし構成の芯ずれ検出手段52を用いることを不要として、この工作機械1の汎用性を高めることができる。
工作機械1は、第1主軸10の所定の回転位置を基準とした回転角度を検出する回転角度検出手段54をさらに有し、芯ずれ検出手段52が、回転角度検出手段54により検出された回転角度と電流計53により検出される電流値の変動周期とに基づいて、第1ワークW1に対する第2ワークW2の芯ずれの方向を検出する構成とすることもできる。
この場合、回転角度検出手段54として、例えばロータリーエンコーダ等を採用することができる。
芯ずれ検出手段52は、例えば、第2ワークW2に対する第1ワークW1の芯ずれの方向がX軸の正方向に生じていると電流値が正方向に増加し、図7に示すように、回転角度検出手段54が第1主軸10のY軸方向に沿った上部の主軸角度検出位置を基準として第1主軸10の回転角度を検出する構成とした場合において、第1主軸10の回転角度がθのときに電流値が最大値となる場合(図5参照)に、第1主軸10の回転角度で270°+θの方向に芯ずれが生じていることを検出することができる。
このように、本実施の形態の工作機械1は、第1ワークW1と第2ワークW2との間にX軸方向に限らず何れの方向に芯ずれが生じた場合であっても当該芯ずれを検出することができるが、回転角度検出手段54を備えた構成とすることにより、接合ワークW3において第1ワークW1と第2ワークW2との間に生じた芯ずれの芯ずれ方向をも容易に検出することもできる。
また、本実施の形態の工作機械1は、上記の通り、接合ワークW3において第1ワークW1と第2ワークW2との間に生じた芯ずれの芯ずれ量及び芯ずれ方向を検出することができるので、当該検出結果に基づいて工作機械1を調整することで、芯ずれを容易に防止することができる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、電流計53により検出される電動サーボモータ33の電流値の振幅が所定値以上となったときに接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判定するようにしているが、電流計53により検出される電動サーボモータ33の電流値に基づく他のパラメータに基づいて接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判定するようにしてもよい。
また、前記実施の形態においては、芯ずれの判定を行う際に、第1主軸10を電動サーボモータ33によって第1主軸10の軸線に直交する方向に移動させるようにしているが、第1主軸10の軸線に交差する方向であれば、その方向は種々変更可能である。
例えば、前記実施の形態においては、電流計53により検出される電動サーボモータ33の電流値の振幅が所定値以上となったときに接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判定するようにしているが、電流計53により検出される電動サーボモータ33の電流値の変動を、FFT(高速フーリエ変換)を用いて処理し、第1主軸10の回転数に基づく周波数成分にピーク波形が生じたときに接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判定するようにしてもよい。また、第1主軸10の回転時の周波数に基づいたバンドパスフィルタ等の手段を用いて、電流計53により検出される電動サーボモータ33の電流値の変動から当該周波数成分のみを抽出し、当該抽出成分に基づいて接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていると判定するようにしてもよい。これらの方法によれば、電流計53により検出される電動サーボモータ33の電流値の変動幅が微小な場合であっても、精度よく接合ワークW3における第1ワークW1と第2ワークW2との間に芯ずれが生じていることを判定することができる。
また、前記実施の形態においては、接合手段51は、第1ワークW1の軸方向端部と第2ワークW2の軸方向端部とを摩擦圧接して接合する構成とされているが、これに限らず、例えば第1ワークW1の軸方向端部と第2ワークW2の軸方向端部とをレーザー溶接等の溶接手段によって接合する構成としてもよく、あるいは第1ワークW1の軸方向端部と第2ワークW2の軸方向端部とを、これらに設けた凹凸を圧入、嵌合させることで接合する構成とするなど、その接合の方法は種々変更可能である。
さらに、前記実施の形態においては、第1主軸10をZ軸移動機構40によってZ軸方向に移動可能な構成としているが、第1主軸10をX軸方向に移動させるX軸移動機構30が設けられていれば、Z軸移動機構40を第2主軸20の側に設けてもよく、Z軸移動機構40を設けない構成としてもよい。
さらに、工作機械1は、第1主軸10と第2主軸20との間に、第2主軸20の第2チャック20aにより把持された第2ワークW2を支持するための円環状のガイドブッシュを備えた構成とすることもできる。この場合、芯ずれの有無を判定するための閾値を、接合ワークW3において第1ワークW1と第2ワークW2との間に生じた芯ずれ量が、接合ワークW3がガイドブッシュを通過可能な範囲内となるように設定するのが好ましい。これにより、接合後の接合ワークW3を第2主軸20に引き込む際に、接合ワークW3の芯ずれによる段差部分がガイドブッシュに噛み込み、ガイドブッシュの分解、修理等が必要になるなどの不具合が生じることを未然に防止することができる。
1 工作機械
2 基台
10 第1主軸
10a 第1チャック
11 第1主軸台
20 第2主軸
20a 第2チャック
21 第2主軸台
30 X軸移動機構
31 X軸ガイドレール
32 ボールネジ機構
33 電動サーボモータ
40 Z軸移動機構
41 Z軸ガイドレール
42 ボールネジ機構
43 電動サーボモータ
50 制御部
51 接合手段
52 芯ずれ検出手段
53 電流計(電流値検出手段)
54 回転角度検出手段
W1 第1ワーク
W2 第2ワーク
W3 接合ワーク
a 芯ずれ量
2 基台
10 第1主軸
10a 第1チャック
11 第1主軸台
20 第2主軸
20a 第2チャック
21 第2主軸台
30 X軸移動機構
31 X軸ガイドレール
32 ボールネジ機構
33 電動サーボモータ
40 Z軸移動機構
41 Z軸ガイドレール
42 ボールネジ機構
43 電動サーボモータ
50 制御部
51 接合手段
52 芯ずれ検出手段
53 電流計(電流値検出手段)
54 回転角度検出手段
W1 第1ワーク
W2 第2ワーク
W3 接合ワーク
a 芯ずれ量
Claims (4)
- 第1ワークを把持する第1主軸と、
第2ワークを把持する第2主軸と、
各主軸に把持された各ワークの軸方向端部を接合して前記第1ワークと前記第2ワークとを1つの接合ワークとする接合手段と、を有する工作機械であって、
前記第1主軸を、前記第1主軸の軸線に交差する方向に移動させる電動サーボモータと、
前記電動サーボモータの電流値を検出する電流値検出手段と、
両主軸により前記接合ワークを把持した状態で、前記第1主軸または前記第2主軸により前記接合ワークを回転させたときに前記電流値検出手段により検出される電流値に基づいて、前記接合ワークにおける前記第1ワークと前記第2ワークとの芯ずれを検出する芯ずれ検出手段と、を有することを特徴とする工作機械。 - 前記芯ずれ検出手段が、前記電流値検出手段により検出される電流値の振幅が所定値以上となったときに、前記接合ワークにおける前記第1ワークと前記第2ワークとの間の芯ずれを検出する、請求項1に記載の工作機械。
- 前記第1主軸の所定の回転位置を基準とした回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに有し、
前記芯ずれ検出手段が、前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度と前記電流値検出手段により検出される電流値の変動周期とに基づいて、前記第1ワークに対する前記第2ワークの芯ずれの方向を検出するように構成されている、請求項1または2に記載の工作機械。 - 前記接合手段が、前記第1主軸に把持された前記第1ワークの軸方向端部と前記第2主軸に把持された前記第2ワークの軸方向端部とを摩擦圧接するように構成されている、請求項1~3の何れか1項に記載の工作機械。
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