WO2022091266A1

WO2022091266A1 - 複合加工機

Info

Publication number: WO2022091266A1
Application number: PCT/JP2020/040496
Authority: WO
Inventors: 鈴木俊史; 水田賢治
Original assignee: 株式会社Fuji
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-05-05
Also published as: JPWO2022091266A1; US20230321731A1

Abstract

主軸を軸中心に回転自在に保持する主軸台を備えた第１ワーク主軸装置および第２ワーク主軸装置と、前記第１ワーク主軸装置および前記第２ワーク主軸装置の上方に配置された複数のタレット工具を取り付け可能なタレット、を備えた第１タレット装置および第２タレット装置と、前記第１タレット装置と前記第２タレット装置との間に配置され、主軸ヘッド工具の交換可能かつ回転自在に保持する主軸ヘッドを備えた工具主軸装置と、前記工具主軸装置の幅方向両側に、前記第１タレット装置および前記第２タレット装置との間を仕切る２枚の分離シャッタとを有する複合加工機。

Description

複合加工機

　本発明は、複数の装置により行われる複数の作業について空間を分けるための分離シャッタを備えた複合加工機に関する。

　下記特許文献１には、マシニングセンタのような加工を可能にした複合ＮＣ旋盤（複合加工機）が開示されている。この複合加工機は、工具の交換が可能な工具スピンドルと複数の交換用工具を備えた工具タレットとを有する対向２軸旋盤であり、各種形状のワークを素材から完成品まで同一機械上で効率よく加工できるようにしたものである。具体的には、同一軸線上において対向する左側主軸と右側主軸とを有し、両主軸の手前下側には左側タレットと右側タレットとが設けられ、更には、両主軸の奥側上方に第３の刃物台が設けられている。そして、当該従来例の複合加工機には、第３の刃物台に使用される複数の工具を収容するツールマガジンと、その工具を刃物台との間で交換するための自動工具交換装置とが設けられている。

国際公開ＷＯ２００１／０３０５２２号公報

　従来の複合加工機は、対向する左側主軸と右側主軸の各においてワークを把持し、そのワークに対して左側タレットと右側タレットの各装置による加工が行われる。ワーク加工時には、ワーク加工部にクーラントが噴き付けられ、切粉や切屑などが飛び散っている。従って、加工室内で行われる左右一方のワーク加工によって発生する切粉などが、例えば待機中の他方のタレットあるいは第３の刃物台の工具に付着してしまう。そして、こうして付着した切粉などがワークの加工精度を低下させることになる。

　そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、作業空間を分ける分離シャッタを備えた複合加工機を提供することを目的とする。

　本発明の一態様における複合加工機は、主軸を軸中心に回転自在に保持する主軸台を備えた第１ワーク主軸装置および第２ワーク主軸装置と、前記第１ワーク主軸装置および前記第２ワーク主軸装置の上方に配置された複数のタレット工具を取り付け可能なタレット、を備えた第１タレット装置および第２タレット装置と、前記第１タレット装置と前記第２タレット装置との間に配置され、主軸ヘッド工具の交換可能かつ回転自在に保持する主軸ヘッドを備えた工具主軸装置と、前記工具主軸装置の幅方向両側に、前記第１タレット装置および前記第２タレット装置との間を仕切る２枚の分離シャッタとを有する。

　前記構成によれば、第１ワーク主軸装置及び第１タレット装置と、第２ワーク主軸装置および第２タレット装置との間に工具主軸装置が配置され、それぞれを仕切るように２枚の分離シャッタが設けられているので、仕切られた他の空間で行われるワーク加工などの影響を受けることなく各々作業を行うことができる。

複合加工機の主要な構造を示した斜視図である。複合加工機の主要な構造を示した側面図である。工具主軸装置を示した側面図である。複合加工機全体の外観斜視図である。機体カバーを外した状態の複合加工機を示した側面図である。分離シャッタを示した斜視図である。分離シャッタを示した図６のＡ－Ａ矢視断面図である。所定の作業工程と分離シャッタの開閉を示した複合加工機の簡略化した正面図である。所定の作業工程と分離シャッタの開閉を示した複合加工機の簡略化した正面図である。所定の作業工程と分離シャッタの開閉を示した複合加工機の簡略化した正面図である。

　本発明に係る複合加工機の一実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。本実施形態の複合加工機は、前記従来例と同様にＮＣ旋盤とマシニングセンタの両方の機能を持った工作機械である。図１および図２は、本実施形態の複合加工機の主要な構造を示した斜視図および側面図である。この複合加工機１は、把持したワークＷに回転を与える第１ワーク主軸装置３および第２ワーク主軸装置４と、ワークＷの加工に対応した複数の工具Ｔを有する第１タレット装置５および第２タレット装置６とがそれぞれ左右対称に配置された対向２軸旋盤に加え、機体中央に旋盤では難しい加工を実行するための工具主軸装置２が設けられている。

　第１および第２ワーク主軸装置３，４（以下、両装置共通の説明する場合はワーク主軸装置３，４とする）は同じ構造であり、円筒形状の主軸台２２にスピンドルが回転自在に組み込まれ、そこに加工対象であるワークＷを把持および解放するチャック機構２１が組付けられている。スピンドルにはスピンドルモータ２３の回転軸との間にプーリを介してベルトが掛け渡され、チャック機構２１に把持されたワークＷに対する加工時の位相決めや所定速度での回転が与えられるようになっている。

　ワーク主軸装置３，４は、主軸台２２やスピンドルモータ２３が主軸スライド２４に搭載され、ベッド７の前側傾斜面１１をＺ軸方向に移動するよう構成されている。主軸の中心線は機体幅方向であって且つ水平に設計されているが、本実施形態においてＺ軸方向とは、この中心線に平行な方向をいう。ベッド７の前側傾斜面１１にはＺ軸に平行な２本のガイドレール２５が固定され、主軸スライド２４の下面に固定されたガイドブロック２６が摺動可能に噛み合っている。主軸スライド２４に搭載された主軸台２２およびスピンドルモータ２３は、前側傾斜面１１から前方側に大きく突き出ないように上下に配置されている。

　ワーク主軸装置３，４は、ボールネジ機構によってＺ軸方向の移動が可能であり、２本のガイドレール２５の間にはＺ軸に平行なネジ軸２７が軸受を介して支持されている。機体幅方向の外側にＺ軸サーボモータ２８が設けられ、その回転軸がネジ軸２７に連結されている。一方、主軸スライド２４にはネジ軸２７が通ったナット部材が固定され、Ｚ軸サーボモータ２８の回転出力により主軸スライド２４がＺ軸方向に直線移動するよう構成されている。

　次に、第１タレット装置５および第２タレット装置６（以下、両装置共通の説明する場合はタレット装置５，６とする）は、複数の工具Ｔ（タレット工具）の中から該当するものを旋回割出しによって選択し、ワークＷに対する切削など所定の加工を行うものである。タレット装置５，６は、円盤状のタレット３１に複数の工具Ｔが円周方向に等間隔で取り付けられ、割出し用サーボモータ３２の回転制御によって、任意の工具Ｔを円周上の加工位置に位置決めできるよう構成されている。タレット３１の工具Ｔは、バイトやドリルなどの先端が機体幅方向の外側を向いて取り付けられている。従って、加工時には、ワーク主軸装置３，４がＺ軸方向に移動することにより、向かってくるワークＷに対して工具Ｔが機体中央側から当てられることになる。

　タレット装置５，６は、工具Ｔを加工位置へと移動させるため、タレット３１をＺ軸に直交するＸＹ平面上であって、水平方向および鉛直方向に対して４５度の角度をもったＹＬ軸方向とＸＬ軸方向に移動するよう構成されている。ベッド７にはＹＬ軸に平行な後側傾斜面１２が形成され、そこにＹＬ軸ガイドレール３３が固定されている。略三角形状のベーススライド３４は、その一辺にＹＬ軸ガイドレール３３を摺動するガイド部３５が設けられ、９０度で隣り合う辺がタレット３１の搭載面であり、そこにはＸＬ軸ガイドレール３６が設けられている。タレットスライド３７は、ガイド部４０がＸＬ軸ガイドレール３６に対して摺動可能に噛み合っている。

　ベーススライド３４とタレットスライド３７にはボールネジ機構が設けられている。ＹＬ軸ガイドレール３３とＸＬ軸ガイドレール３６とのそれぞれに平行なネジ軸が軸受によって支持され、そのネジ軸がベーススライド３４やタレットスライド３７に固定されたナット部材を通っている。各々のネジ軸はＹＬ軸サーボ―モータ３８またはＸＬ軸サーボモータ３９の回転軸に連結されている。従って、タレット装置５，６は、ＹＬ軸サーボモータ３８とＸＬ軸サーボモータ３９の駆動制御によってタレット３１のＹＬ軸およびＸＬ軸の各方向の移動制御のほか、両軸方向の移動を合成した水平方向の移動制御が可能になっている。

　次に、図３は、工具主軸装置２を示した側面図である。工具主軸装置２は、主軸ヘッド４１内に主軸用サーボモータや工具スピンドルが内蔵され、その下端部に設けられた工具装着部に対して、自動工具交換装置８（図５参照）に収められた様々な工具Ｔ（主軸ヘッド工具）の取り替えが行われるようになっている。主軸ヘッド４１は、主軸スライド４２に対して回転可能に取り付けられ、回転伝達機構を介してＢ軸モータ４３の回転が伝達されるよう構成されている。

　工具主軸装置２は、工具Ｔを加工位置へと移動させるため、主軸ヘッド４１を水平なＹ軸方向と鉛直なＸ軸方向に移動させるよう構成されている。ベッド７上に水平なガイドレール４４が固定され、ベーススライド４５のガイド部４６が摺動可能に噛み合っている。ベーススライド４５には前側に鉛直なレール部４６が構成され、そこに主軸スライド４２のガイド部４７が摺動可能に噛み合っている。ベーススライド４５と主軸スライド４２は、ともにボールネジ機構が設けられている。各方向のネジ軸がベーススライド４５または主軸スライド４２に固定されたナット部材を通り、Ｙ軸サーボ―モータ４８（図３参照）またはＸ軸サーボモータ４９が連結されている。

　図４は、複合加工機１全体の外観斜視図である。複合加工機１は、ベッド７上の第１ワーク主軸装置３などのほか、自動工具交換装置８やワーク自動搬送装置９が、図８に示すように機体カバー１００によって覆われている。ガントリ式のワーク自動搬送装置９は、機体カバー１００から上方に突き出すようにして設けられ、機体の内部では把持したワークＷを３軸方向に移動させるよう構成されている。機体正面には中央に操作盤１１０が設けられ、その左右両側には左正面扉１５１と右正面扉１５２とが形成されている。操作盤１１０の奥には工具主軸装置２が位置し、左正面扉１５１と右正面扉１５２の奥には加工室がある。そして、自動工具交換装置８は、そのツールマガジン５５（図８参照）が機体前面の左右正面扉１５１，１５２よりも前方に突き出すようにして配置され、マガジンカバー１５３によって覆われている。

　図５は、機体カバー１００を外した状態の複合加工機１を示した側面図である。複合加工機１は、ベッド７の幅に合わせて立てられた前後左右の柱に前後左右に梁が接続された櫓型のフレーム構体５０が構成されている。ガントリ式のワーク自動搬送装置９は、フレーム構体５０の上を機体幅方向に移動可能な走行テーブル５１に、機体前後方向に移動可能なスライド台５２が搭載され、その先端部には、下端にチャック機構５４を備えた昇降アーム５３が上下に移動するよう組み付けられている。

　工具交換を行うための自動工具交換装置８は、複数の工具Ｔを収納したツールマガジン５５が交換装置本体５６の上部に搭載され、２本の脚柱と、ベッド７に連結されたフレーム構造の支持構体とによって支えられている。その自動工具交換装置８は、工具主軸装置２側にツールチェンジャ５７が設けられ、ツールマガジン５５の工具Ｔを、交換装置本体５６内を通してツールチェンジャ５７の位置まで移動させるシフト装置が構成されている。ツールチェンジャ５７は、両端部にチャックを有する工具交換アームを旋回させて２箇所の工具Ｔを交換するものである。

　ところで、複合加工機１は、第１ワーク主軸装置３と第２ワーク主軸装置４で同時にワークＷを加工することができるだけではなく、加工中であっても工具主軸装置２における工具交換も行うことが可能である。しかし、一つの空間でこれらの作業が行われると、一の加工において発生した切粉や切屑が他の工具ＴやワークＷに付着してしまい悪影響を及ぼすことになる。例えば、切粉などが着いたままの工具でワークを切削などした場合には加工精度を低下させてしまい、ワークＷに付着した状態ではチャック機構での着座エラーが生じてしまうことがある。

　一方、複合加工機１は、第１ワーク主軸装置３と第２ワーク主軸装置４そして工具主軸装置２が互いに関連した作業を行うため、各装置を完全に分けた空間に配置させることもできない。そこで、本実施形態では各作業に応じた空間を構成することができるように、開閉可能な２枚の分離シャッタ１５が設けられている。分離シャッタ１５は、工具主軸装置２の幅方向両側に配置され、機体前後方向に水平移動するよう構成されたものである。

　図６は、分離シャッタ１５を示した斜視図であり、図７は、分離シャッタ１５を示した図６のＡ－Ａ矢視断面図である。ベッド７に固定された支持ブラケット６１にガイド部材６２がＹ軸に沿って２箇所に固定され、分離シャッタ１５側に固定されたガイドレール６３が摺動可能に挿入されている。分離シャッタ１５は、板状のシャッタ本体５０１に箱状のカバー部材５０２が重ねられ、ガイドローラ６４が上部前後に取り付けられている。ベース７にはシャッタフレーム６０が固定され、その上梁にはガイド溝６５が形成され、その内部をガイドローラ６４が転動するように挿入されている。

　シャッタ本体５０１は、下端部分に収納部５０５が立体的に形成され、そこにガイド部材６２とガイドレール６３によるガイド部分と、駆動手段であるエアシリンダ６６が収まっている。シャッタ本体５０１の収納部５０５は支持ブラケット６１が通るように底面が切りかかれている。その支持ブラケット６１にはＹ軸方向に延びた連結ブラケット６７が水平に固定されている。エアシリンダ５６は、ヘッド側端部が連結ブラケット６７に、ロッド側端部が支持ブラケット６１にそれぞれ固定され、ピストンロッドがＹ軸方向に水平に伸縮作動するよう取り付けられている。そのピストンロッド先端は、ガイドレール５３とともにカバー部材５０２に固定されている。

　分離シャッタ１５は、エアシリンダ５６が収縮した図６に示す状態が閉じた位置である。そこで、エアシリンダ５６が伸長作動することにより、分離シャッタ１５がピストンロッドに押され、ガイドレール６３が支持ブラケット６１に固定されたガイド部材６２を摺動し、上部ではガイドローラ６４がガイド溝６５内を転動し、Ｙ軸に沿ってスライドする。分離シャッタ１５が閉じられた位置、或いは開いた位置に合わせて近接スイッチ６８が設けられ、開閉状態が検出できるようになっている。

　続いて、複合加工機１におけるワークＷの加工について説明する。図８乃至図１０は所定の作業工程と分離シャッタ１５の開閉を示した複合加工機１の簡略化した正面図である。分離シャッタ１５は図面を貫くＹ軸方向に移動するため、機内の空間を仕切る閉じた状態のときだけ図面に表している。複合加工機１は、加工対象であるワークＷがワーク自動搬送装置９によって入力側ストッカから取り出され、第１ワーク主軸装置３へと運ばれてチャック機構２１によって把持される。第２ワーク主軸装置４は、第１ワーク主軸装置３によって第１加工が行われたワークＷが運ばれ、チャック機構２１によって把持される。

　複合加工機１は、図８に示すようにワーク主軸装置３，４の両方でワークＷを把持し、タレット装置５，６によって同時に加工することができる。その際、分離シャッタ１５が閉じた機内では、第１ワーク主軸装置３とタレット装置５による第１加工室１０Ａと、第２ワーク主軸装置４と第２タレット装置６による第２加工室１０Ｂと、工具主軸装置２が位置する工具交換室１０Ｃとが構成される。よって、第１加工室１０Ａと第２加工室１０Ｂでの加工のほか、工具交換室１０Ｃにおいて工具主軸装置２に対する必要な工具交換を同時に行うことが可能である。

　タレット装置５，６では、タレット３１の駆動によって選択された工具Ｔが、ＹＬ軸に平行な加工移動線Ｌ１上を移動し、ワークＷに対する加工位置に位置決めされる。第１ワーク主軸装置３では、スピンドルモータ２３の駆動によりチャック機構２１に把持されたワークＷが回転し、主軸スライド２４がガイドレール２５に沿ってＺ軸方向に移動することにより、ワークＷに対して工具Ｔが当てられて所定の加工が行われる。工具主軸装置２に対する工具交換は、複数の工具Ｔを収納したツールマガジン５５から取り出された工具Ｔが、シフト装置によって交換装置本体５６内を通り、ツールチェンジャ５７の位置まで移動して行われる。

　また、第１ワーク主軸装置３におけるワークＷの第１加工は、第１タレット装置５による加工のほか、工具主軸装置２を加えた加工、或いは工具主軸装置２のみによる加工が行われる。工具主軸装置２によってワークＷの加工が行われる場合は、タレット３１が第１ワーク主軸装置３から離れるとともに、図９に示すように、該当する一方の分離シャッタ１５が機体後方にスライドして開き、機内の第１加工室１０Ａが工具交換室１０Ｃまで含めた範囲にまで広がる。そこで、工具主軸装置２は、Ｙ軸方向およびＸ軸方向の移動によって主軸ヘッド４１を移動し、Ｂ軸の回転により工具Ｔの角度が調整され、ワークＷに対する加工が行われる。第２加工室１０Ｂ側でも同じく、該当する他方の分離シャッタ１５が開くことにより工具交換室１０Ｃまで含めた範囲にまで広がり、工具主軸装置２における加工が行われる。

　第２加工が終了したワークＷは、ワーク自動搬送装置９によって第２ワーク主軸装置４から取り出され、出力側ストッカに回収される。そして、第２ワーク主軸装置４には第１ワーク主軸装置３から第１加工済みのワークＷが図１０に示すように受渡しされる。その場合には２枚の分離シャッタ１５が開き、第１ワーク主軸装置３と第２ワーク主軸装置４とが機体中央に近づく。第１ワーク主軸装置３が先に停止し、それに対して第２ワーク主軸装置４がワークＷを取りにいき、チャック機構２１同士によるワークＷの掴み替えが行われる。一方、各装置における加工終了のタイミングが合わない場合には、ワーク自動搬送装置９によって第１ワーク主軸装置３からワークＷが取り出され、第２ワーク主軸装置４の加工終了を待って運ばれることになる。

　よって、本実施形態によれば、第１および第２ワーク主軸装置３，４に対して第１および第２タレット装置５，６を備えた対向２軸旋盤に、工具主軸装置２を有する複合加工機１であって、そこに分離シャッタ１５を設けたので、機内を仕切ることによって他の加工室で行われるワーク加工などの影響を受けることなく各々の空間において作業を行うことができる。具体的には、タレット装置５で加工を行う第１加工室１０Ａと、第２タレット装置６で加工を行う第２加工室１０Ｂ、そして工具主軸装置２が位置する工具交換室１０Ｃである。また、一方の分離シャッタ１５を開けることにより、第１加工室１０Ａを工具主軸装置２の工具交換室１０Ｃまでを含めた範囲にまで広げることができ、同じく他方の分離シャッタ１５との開閉を切り換えることにより、範囲を変えて第２加工室１０Ｂの範囲を広げることができる。

　本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
　例えば、分離シャッタ１５の形状やスライド機構などは他の構造であってもよい。

１…複合加工機　２…工具主軸装置　３…第１ワーク主軸装置　４…第２ワーク主軸装置　５…第１タレット装置　６…第２タレット装置　７…ベッド　８…自動工具交換装置　９…ワーク自動搬送装置　１０Ａ…第１加工室　１０Ｂ…第２加工室　１０Ｃ…工具交換室　１１…前側傾斜面　１５…分離シャッタ

Claims

　主軸を軸中心に回転自在に保持する主軸台を備えた第１ワーク主軸装置および第２ワーク主軸装置と、
　前記第１ワーク主軸装置および前記第２ワーク主軸装置の上方に配置された複数のタレット工具を取り付け可能なタレット、を備えた第１タレット装置および第２タレット装置と、
　前記第１タレット装置と前記第２タレット装置との間に配置され、主軸ヘッド工具の交換可能かつ回転自在に保持する主軸ヘッドを備えた工具主軸装置と、
　前記工具主軸装置の幅方向両側に、前記第１タレット装置および前記第２タレット装置との間を仕切る２枚の分離シャッタと、
を有する複合加工機。
　前記２枚の分離シャッタは、前記第１ワーク主軸装置および前記第１タレット装置の第１加工室と、前記第２ワーク主軸装置および前記第２タレット装置の第２加工室と、前記工具主軸装置の工具交換室とを機内に構成するものである請求項１に記載の複合加工機。
　前記２枚の分離シャッタは、それぞれの開閉により機内における加工室の大きさや範囲を変化させるものである請求項１または請求項２に記載の複合加工機。