WO2023067805A1

WO2023067805A1 - 正面２軸旋盤

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Publication number: WO2023067805A1
Application number: PCT/JP2021/039126
Authority: WO
Inventors: 鈴山惠史; 柳崎淳; 合津秀雄; 鈴木俊史; 浅川和哉
Original assignee: 株式会社Fuji
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-04-27
Also published as: CN118103173A

Abstract

主軸の回転軸が機体前後方向で、左右に配置された第１主軸装置および第２主軸装置と、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の主軸チャックに把持されたワークに対して加工を実行する複数の工具を備えた第１タレット装置および第２タレット装置と、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の間に配置され、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の一方または双方の主軸チャックに把持されたワークに対して加工など所定の作業を実行する補助装置と、前記第１主軸装置、前記第２主軸装置、前記第１タレット装置、前記第２タレット装置および、前記補助装置の駆動を制御する制御装置と、を有する正面２軸旋盤。

Description

正面２軸旋盤

　本発明は、第１主軸装置と第２主軸装置の各主軸チャックに把持されたワークに対して所定の作業を実行する補助装置を備えた正面２軸旋盤に関する。

　工作機械には様々な要求があるが、例えばその一つにワークの加工におけるサイクルタイムの短縮がある。下記特許文献１には、２つの主軸装置と１つの背面主軸装置とを備えた旋盤が開示されている。ベッドには第１主軸台と第２主軸が平行なＺ軸方向に摺動可能に載置され、その第１主軸及び第２主軸にそれぞれ把持されたワークは、第１及び第２ガイドブッシュによってＺ軸方向に摺動可能にガイドされる。第１主軸と第２主軸の中心線に直交する基準直線の上下に位置し、基準直線と平行に移動するように第１刃物台または第２刃物台が設けられている。また、基準線に平行な方向に移動可能であって、ワークをつかむチャックを備えた背面主軸台が設けられ、背面主軸台の側面には対向刃物台が固設されている。そして、加工工程では、第１主軸や第２主軸にチャックされ回転する丸棒ワークに対し、第１主軸台や第２主軸台或いは背面主軸台を移動させて所定の加工が行われる。

特開平８－１１２７３８号公報

　前記従来例のＮＣ旋盤によれば、２本の正面主軸に対して１本の背面主軸を交互に使用し、第１主軸と第２主軸で加工工程を半サイクルずらして同じ加工が行われたワークが背面主軸に移され、いずれかの主軸から受け取ったワークに対しても同じ背面加工が行なわれる。この従来例によれば１種類の部品を１軸の場合の２倍の加工効率で加工することができる。しかし、２つの主軸装置のほかに背面主軸装置を加えた従来例のＮＣ旋盤は、機体全体が大型化してしまい、構造も複雑になってしまう。

　そこで、本発明は、かかる課題を解決すべく、第１主軸装置と第２主軸装置の間に補助装置を備えた正面２軸旋盤を提供することを目的とする。

　本発明の一態様における正面２軸旋盤は、主軸の回転軸が機体前後方向で、左右に配置された第１主軸装置および第２主軸装置と、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の主軸チャックに把持されたワークに対して加工を実行する複数の工具を備えた第１タレット装置および第２タレット装置と、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の間に配置され、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の一方または双方の主軸チャックに把持されたワークに対して所定の作業を実行する補助装置と、前記第１主軸装置、前記第２主軸装置、前記第１タレット装置、前記第２タレット装置および、前記補助装置の駆動を制御する制御装置と、を有する。

　前記構成によれば、左右に配置された第１主軸装置および第２主軸装置にワークが把持され、第１タレット装置および第２タレット装置において旋回割出しされた工具により、ワークに対する所定の加工が行われる。その際、第１主軸装置と第２主軸装置との間に配置され補助装置が例えば工具を備えた補助加工装置である場合には、第１主軸装置または第２主軸装置に把持されたワークに対して、第１タレット装置または第２タレット装置が行う加工作業と同時に当該ワークに対する加工を行うことができる。

正面２軸旋盤の一実施形態を示した外観斜視図である。機体カバーを除いた正面２軸旋盤の一実施形態の内部構造を示した斜視図である。正面２軸旋盤の駆動部の構造を示した斜視図である。補助加工装置を後方側から示した外観斜視図である。正面２軸旋盤を制御する制御システムを示したブロック図である。ワークの表面加工の加工工程について一例を示した図である。第１タレット装置と補助加工装置による同時加工を示した図である。補助装置をワーク受渡し装置とした正面２軸旋盤の一部を示した斜視図である。補助装置を芯押し装置とした正面２軸旋盤の一部を示した斜視図である。

　本発明に係る正面２軸旋盤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。図１は、正面２軸旋盤を示した外観斜視図であり、図２は、機体カバーを除いた正面２軸旋盤の内部構造を示した斜視図である。正面２軸旋盤１は、左右それぞれに配置された第１主軸装置３および第２主軸装置４と、第１タレット装置５および第２タレット装置６とを有し、第１主軸装置３と第２主軸装置４との間には補助加工装置７が設けられている。機体カバー８０によって覆われた機内には加工室が設けられ、機体カバー８０の正面には補助加工装置７が位置する中央部８１の左右両側に開閉可能なスライド扉８３，８５が設けられている。

　正面２軸旋盤１は、正面から見て左側に複数の加工前ワークを搭載したワークストッカが配置され、右側には加工済みワークを受け取る回収ストッカが配置される。正面２軸旋盤１は、こうした不図示のストッカと機内との間でワークを自動搬送するためのワーク自動搬送機２が設けられている。ワーク自動搬送機２は、ガントリ式のワーク搬送機であり、正面２軸旋盤１の機体上部に組付けられている。ワーク自動搬送機２は、ワークの把持および解放が可能なロボットハンド２６を、機体幅方向である走行軸方向、機体前後方向である前後軸方向、そして機体上下方向である上下軸方向へと移動可能な構造を有している。

　ここで、図３は、正面２軸旋盤１の駆動部の構造を示した斜視図である。正面２軸旋盤１は、第１主軸装置３と第１タレット装置５が第１ベッド１１上に組付けられ、第２主軸装置４と第２タレット装置６が第２ベッド１２上に組み付けられている。ただし、図面には第２主軸装置４および第２タレット装置６は省略されている。そして、第１ベッド１１と第２ベッド１２とは中間ブロック１３を介して連結され、その中間ブロック１３上に補助加工装置７が組付けられている。

　本実施形態の正面２軸旋盤１は、左右に配置される第１および第２主軸装置３，４と、第１および第２タレット装置５，６とを有する正面２軸旋盤の基本構造に対して、補助装置である補助加工装置７を追加する改良が加えられたものである。第１主軸装置３および第１タレット装置５の第１加工部１０と、第２主軸装置４および第２タレット装置６の第２加工部２０とは左右対称構造であるため、第１加工部１０を中心に構造を説明し、第２加工部２０については同じ構成については同じ符号を付して説明を省略する。

　第１ベッド１１および第２ベッド１２は、タレット台１５と主軸台１６とを有し、主軸台１６は中央側へと突き出るようにして形成されている。そして、タレット台１５および主軸台１６の下にはオイルパン１７が形成されている。第１主軸装置３は、主軸台１６の上に固定され、タレット台１５の上に組付けられたタレット装置５は、駆動機構によってＺ軸方向およびＸ軸方向の移動が可能な構成となっている。なお、この駆動機構におけるタレット装置５の移動方向は、機体前後方向をＺ軸方向、機体幅横行をＸ軸方向として説明する。

　タレット台１５は、その上面が機体中央側に傾斜したオイルパンになっており、そこにＺ軸レールブロック２１が搭載されている。Ｚ軸レールブロック２１にはＺ軸スライド２２が摺動可能に組付けられている。Ｚ軸レールブロック２１内には駆動モータに連結されたネジ軸がＺ軸方向に軸支され、Ｚ軸スライド２２に形成されたナット部にネジ軸が螺合することによりボールネジ機構が構成されている。Ｚ軸スライド２２は、Ｘ軸レールブロック２３が一体になって形成され、そこにＸ軸スライド２４が摺動可能に組付けられている。Ｘ軸レールブロック２３内には駆動モータに連結されたネジ軸がＸ軸方向に軸支され、Ｘ軸スライド２４に形成されたナット部にネジ軸が螺合することによりボールネジ機構が構成されている。

　Ｚ軸レールブロック２１は２本の平行なレール部が形成され、機体中央側のレール部が低く傾いて組付けられている。そのＺ軸レールブロック２１上に配置されたＸ軸レールブロック２３は、同じく２本のレール部が形成されているが、そのレール部は同じ高さになるように組付けられている。従って、Ｘ軸スライド２４の上に組付けられたタレット装置５がＸ軸方向に水平移動するようになっている。そして、タレット装置５の駆動機構が組み上げられた隣には主軸台１６があり、その上に主軸装置３が固定されている。

　主軸装置３は、前方側にワークを把持する主軸チャック２７が設けられ、スピンドルモータの回転を受けて把持したワークに回転が与えられるよう構成されている。タレット装置５は、多角形の刃物台２８に複数の工具が着脱可能に取り付けられるものであり、そのサーボモータの回転制御によって刃物台２８が旋回し、取り付けた複数の工具から特定の工具について旋回割出しができるように構成されている。従って、主軸チャック２７に把持されたワークに回転が与えられ、旋回割出しされた切削工具がタレット装置５の移動によってワークに当てられることで外径切削など所定の加工が行われる。

　正面２軸旋盤１は、中央側に一対の主軸装置３，４が固定され、それぞれの外側に移動可能なタレット装置５，６が配置され、中央部分に一定程度のスペースを確保することにより補助加工装置７などの各種補助装置が組付け可能になっている。本実施形態のように第１ベッド１１と第２ベッド１２とが分けられたベッド構造は、中間ブロック１３をある程度任意の寸法で設計することが可能である。そこで、補助加工装置７を搭載可能な寸法を抑えた中間ブロック１３が左右一対の主軸台１６に固定され、正面２軸旋盤１は、こうして繋げられた第１および第２ベッド１１，１２上に主要な各装置が搭載されている。

　次に、図４は、補助加工装置７を後方側から示した外観斜視図である。補助加工装置７は、左右両側に張り出すようにして工具３１が取り付けられた工具ヘッド３２を有する。工具ヘッド３２は、角柱形状のＺ軸スライド３３の先端部に固定され、そのＺ軸スライド３３は、Ｚ軸レールホルダ３４内に収められてＺ軸方向に摺動が可能な状態で組み付けられている。Ｚ軸レールホルダ３４はＸ軸スライド３５と一体に形成され、そのＸ軸スライド３５は、ベースプレート３７に固定されたＸ軸レール３６に対して摺動可能に組み付けられている。

　Ｚ軸スライド３３は、内部に形成されたナット部にネジ軸が螺合し、そのネジ軸がＺ軸モータ４１の回転がベルト４２を介して伝達されるようにしたボールネジ機構が構成されている。また、Ｘ軸スライド３５は、そのナット部に対してＸ軸レール３６内に軸支されたネジ軸が螺合し、そのネジ軸にＸ軸モータ４３の回転がベルト４４を介して伝達されるようにしたボールネジ機構が構成されている。補助加工装置７は、ベースプレート３７によって中間ブロック１３に固定され、工具ヘッド３２の工具３１が、Ｚ軸モータ４１およびＸ軸モータ４３の駆動により位置決めできるようになっている。

　正面２軸旋盤１は、こうした各装置の駆動機構をワーク加工中に飛び散るクーラントや切粉などから保護するため、図２に示すように加工室を構成する壁面プレート４５などが設けられている。その壁面プレート４５には蛇腹カバー４６が設けられ、補助加工装置７は、蛇腹カバー４６の中央部分を貫通したＺ軸スライド３３が、シール処理を施した状態でＺ軸方向の移動が可能になっている。

　次に、図５は、正面２軸旋盤１を制御する制御システムを示したブロック図である。正面２軸旋盤１の制御装置５０にはマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３、不揮発性メモリ５４がバスラインを介して接続されている。ＣＰＵ５１は、制御装置全体を統括制御するものであり、ＲＯＭ５２にはＣＰＵ５１が実行するシステムプログラムや制御パラメータ等が格納され、ＲＡＭ５３には一時的な計算データや表示データ等が格納される。

　不揮発性メモリ５４にはＣＰＵ５１が行う処理に必要な情報が記憶され、正面２軸旋盤１のシーケンスプログラムなどが格納されている。制御装置５０にはＩ／Ｏポート５５が設けられており、そのＩ／Ｏポート５５を介して第１および第２主軸装置３，４、第１および第２タレット装置５，６、さらに補助加工装置７やワーク自動搬送機２などの駆動モータが各々ドライバを介して接続されている。また、正面２軸旋盤１は、図１に示すように、機体前面部にタッチパネル型の操作表示装置５８が取り付けられ、Ｉ／Ｏポート５５を介して制御装置５０に接続されている。

　続いて、図６は、ワークＷの表面加工についてその加工工程を示した図である。これまでの正面２軸旋盤ではワークの表裏両面の加工が行われる場合、第１加工部で表側加工が行われ、第２加工部で裏側加工が行われていた。しかし、表裏両面加工では表側と裏側との加工内容が異なれば加工時間にも違いが生じる。例えば図６に示す例では、表面の加工時間が位置決め時間や割出し時間などを含めて６５秒を要するのに対し、不図示の裏面の加工の場合には５８秒で終了する。このように２軸で行われる加工は時間差が生じるため、ワーク搬送のタイミングが加工時間の長い方に合わせることになってしまい、加工全体のサイクルタイムが延びてしまう。

　正面２軸旋盤１は、こうしたサイクルタイムを縮めることを目的として補助加工装置７を使用した加工制御が行われる。例えば、補助加工装置７は、ワークＷに対して図６に示す第１工程の端面荒削りを分担するため、工具ヘッド３２にはバイトである工具３１が外径用ホルダ３８によって取り付けられている。図７は、第１タレット装置５と補助加工装置７による同時加工を示した図である。第１タレット装置５は、バイトである工具２９が内径用ホルダ３９を介して刃物台２８に取り付けられ、旋回割出しによって加工位置に位置決めされている。

　そこで、第１主軸装置３の主軸チャック２７に把持されたワークＷに対し、第１タレット装置５の駆動により工具２９が移動し、補助加工装置７の駆動により工具３１が移動する。そして、工具２９，３１が回転するワークＷの所定箇所に当てられ、工具２９によって内径荒削りが行われ、工具３１によって端面荒削りが行われる。図６に示す例では、工具３１が切削長７ｍｍの端面荒削りを２回繰り返すのに切削時間が１５秒かかるが、その間にタイミングを合わせて位置決めされた工具２９により、２回繰り返す切削長１０ｍｍの内径荒削り（切削時間１１．７秒）が同時に行われる。

　よって、本実施形態の正面２軸旋盤１は、これまでは全て第１タレット装置５に装着された工具で行っていた加工の一部を補助加工装置７に分担させることにより、ワーク表面側の第１加工に要する時間を短縮させることができる。そのため、ワーク表面の加工時間が、従来であれば並行して行われるワーク裏面の加工時間よりも長いはずの加工時間が短くなり、サイクルタイムを短くすることができる。また、第１加工部１０側だけではなく、並行して行われる第２加工部２０側の加工も加工工程によっては補助加工装置７の同時加工が可能であるため、更にサイクルタイムを短縮させることが可能になる。このように補助加工装置７を使用した加工はワークの加工工程と加工内容によるため、サイクルタイムの短縮の可能性や短縮時間は様々である。

　正面２軸旋盤１は、第１加工部１０と第２加工部２０とが左右の第１ベッド１１と第２ベッド１２とに分けられているため、その中間に補助加工装置７など補助装置の追加による設計変更が行い易い構造になっている。補助加工装置７は中間ブロック１３上に組付けられているが、中間ブロック１３は以下に示す補助装置によって、その寸法や構成を変更することができる。

　次に、図８は、補助装置としてワーク受渡し装置を使用した正面２軸旋盤１の一部を示した斜視図である。ワーク受渡し装置８は、壁面プレート４５からＺ軸方向に突き出すように電動シリンダ６１が固定され、伸縮ロッド６２の先端部には関節部６３を介してアーム６４が揺動可能に連結されている。そして、アーム６４の先端には回転部６５を介してロボットハンド６７が取り付けられている。ロボットハンド６７は、表裏両側にワークＷ１を把持する一対のチャックが構成され、回転部６５の駆動によって反転可能になっている。

　ワーク受渡し装置８は、電動シリンダ６１の駆動によって伸縮ロッド６２の伸縮が調整され、関節部６３の駆動によってロボットハンド６７の位置が第１主軸装置３と第２主軸装置４とに振り分けられる。回転部６３の駆動によりロボットハンド６７の一方のチャック部が主軸チャック２７に対向し、他方のチャック部が反対側に位置する。こうした各部の駆動によりロボットハンド６７と主軸チャック２７あるいはワーク自動搬送機２のロボットハンド２６との間でワークＷ１の受け渡しが行われる。従って、ワーク受渡し装置８を備えた正面２軸旋盤１は、機外の反転装置を使用することなく第１主軸装置３でワーク表面側を加工した後、機内で反転させたワークＷ１をワーク自動搬送機２によって第２主軸装置４へと受渡しすることでサイクルタイムを短縮させることができる。

　次に、図９は、補助装置として芯押し装置を使用した正面２軸旋盤１の一部を示した斜視図である。芯押し装置９は、第１主軸装置３と第２主軸装置４に対してそれぞれ設けられている。芯押し装置９は、壁面プレート４５からＺ軸方向に突き出すように電動シリンダ７１が固定され、伸縮ロッド７２の先端部にはアーム７３が直交方向に水平な姿勢で固定されている。そして、アーム７３は、先端部にワークＷ２の中心軸を回転支持する芯押しピン７５が設けられている。

　芯押し装置９は、電動シリンダ７１の駆動によって伸縮ロッド７４の伸縮が調整され、芯押しピン７５が主軸チャック２７に把持されたワークＷ２の端面中央に押し当てられる。よって、軸方向寸法の長いワークＷ２の加工時の姿勢を安定させることができ、加工精度を維持することができる。特に、正面２軸旋盤１のような構造の工作機械には芯押し装置を設けることが困難であったが、その点を解決することがきる。

　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、補助装置の一つとして説明した補助加工装置７は、工具３１の位置を固定したものを例に挙げたが、加工を補助する補助加工装置としては第１タレット装置５を小型化したような複数の工具を旋回割出しできるようにした構成であってもよい。

１…正面２軸旋盤　２…ワーク自動搬送機　３…第１主軸装置　４…第２主軸装置　５…第１タレット装置　６…第２タレット装置　７…補助加工装置　１０…第１加工部　１１…第１ベッド　１２…第２ベッド　１３…中間ブロック　２０…第２加工部　５０…制御装置

Claims

　主軸の回転軸が機体前後方向で、左右に配置された第１主軸装置および第２主軸装置と、
　前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の主軸チャックに把持されたワークに対して加工を実行する複数の工具を備えた第１タレット装置および第２タレット装置と、
　前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の間に配置され、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の一方または双方の主軸チャックに把持されたワークに対して所定の作業を実行する補助装置と、
　前記第１主軸装置、前記第２主軸装置、前記第１タレット装置、前記第２タレット装置および、前記補助装置の駆動を制御する制御装置と、
　を有する正面２軸旋盤。
　前記第１主軸装置および前記第１タレット装置が搭載される第１ベッドと、前記第２主軸装置および前記第２タレット装置が搭載される第２ベッドと、前記第１ベッドと前記第２ベッドとの間に固定され前記補助装置を搭載する前記中間ブロックと、を有する請求項１に記載の正面２軸旋盤。
　前記補助装置は、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の一方または双方の主軸チャックに把持されたワークに対して加工を実行する工具を備えた加工補助装置である請求項１または請求項２に記載の正面２軸旋盤。
　前記制御装置は、前記第１タレット装置または前記第２タレット装置と前記加工補助装置とに対し、前記第１主軸装置または前記第２主軸装置の主軸チャックに把持されたワークを同時加工させる請求項３に記載の正面２軸旋盤。
　前記制御装置は、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の主軸チャックに把持されたワークの加工について、加工時間が長い方のワークの加工工程の一部を前記補助加工装置に実行させる請求項４に記載の正面２軸旋盤。
　前記補助装置は、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の主軸チャックとの間でワークの受渡しを行うロボットハンドを備えたワーク受渡し装置である請求項１または請求項２に記載の正面２軸旋盤。
　前記補助装置は、前記第１主軸装置および前記第２主軸装置の主軸チャックに把持されたワークの芯押しを行う芯押し装置である請求項１または請求項２に記載の正面２軸旋盤。