(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。また、図面においては実施形態を説明するため、一部分を大きくまたは強調して記載するなど適宜縮尺を変更して表現している。
【0012】
図1は、本実施形態に係る工作機械100の一例を示す図である。本実施形態では、XYZ座標系を用いて図中の方向を説明する。このXYZ座標系においては、主軸20の回転軸AX1に平行な方向をZ方向と表記する。また、Z方向に直交しワークWに対する切削量を規定する方向をX方向と表記する。また、XZ平面に垂直な方向をY方向と表記する。X方向、Y方向及びZ方向のそれぞれは、図中の矢印の方向が+方向であり、矢印の方向とは反対の方向が−方向であるものとして説明する。
【0013】
工作機械100は、ベッド10と、主軸20と、刃物台30と、ローダ40と、制御部CONTとを有している。また、工作機械100には、不図示のワーク搬入部及びワーク搬出部が設けられる。ワーク搬入部には、例えば複数の未加工のワークWが配置される。また、ワーク搬出部には、加工済のワークWが配置される。
【0014】
ベッド10は、主軸20及び刃物台30を支持している。ベッド10は、不図示の脚部を有しており、例えば床部などに載置される。ベッド10と床部との間には、例えばクーラントタンク11などが配置される。ベッド10の−Z側には、作業者が操作可能な操作パネル12等が設けられる。
【0015】
図2及び
図3は、主軸20、刃物台30及びローダ40の一例を示す図であり、
図2は平面図、
図3(a)及び(b)は斜視図である。
図3(a)及び(b)では、図を判別しやすくするため、刃物台30の一部(+Z側の壁部)の図示を省略している。
図2及び
図3に示すように、主軸20は、不図示の軸受け等により回転軸AX1の軸線周りに回転可能に支持されている。主軸20は、該主軸20を回転させる不図示の駆動源に接続されている。
【0016】
主軸20の+Z側には、主軸チャック(主軸側ワーク保持部)21が設けられている。主軸チャック21は、把握爪21aを有している。把握爪21aは、主軸20の回転軸AX1の周りに所定の間隔で複数(例えば3つ)配置されている。把握爪21aは、主軸20の径方向に移動させることでワークWを保持可能である。
【0017】
主軸20は、主軸駆動部22によってZ方向に移動可能に設けられる。主軸駆動部22は、駆動源22aと伝達機構22bとを有している。駆動源22aとしては、例えばモータなどが用いられる。駆動源22aによる駆動は、制御部CONTによって制御される。伝達機構22bとしては、例えばボールねじ機構などが用いられる。また、主軸20をZ方向に案内するためのガイド機構(不図示)が設けられてもよい。主軸20は、主軸駆動部22により、Z方向上の3つの位置、すなわち、ワーク受け取り位置P1と、加工位置P2と、ワーク渡し位置P3と、の間を移動可能である。
【0018】
刃物台30は、主軸20の+Z側に配置されている。刃物台30は、刃物台駆動部31により、X方向に平行に移動可能となっている。刃物台駆動部31は、駆動源31aと、伝達機構31bとを有している。駆動源31aとしては、例えばモータなどが用いられる。伝達機構31bとしては、例えばボールねじ機構などが用いられる。また、刃物台30をX方向に案内するためのガイド機構等が設けられる。
【0019】
刃物台30としては、例えばくし型刃物台が用いられる。刃物台30には、複数の工具保持部32と、ワーク仮置き部33とがX方向に並んで設けられている。工具保持部32及びワーク仮置き部33のX方向の配置については、適宜設定することができる。工具保持部32には、ワークWを加工する工具Tが交換可能に装着される。
【0020】
ワーク仮置き部33は、ワークWを仮置きするための仮置きチャック(仮置き用ワーク保持部)34が設けられている。仮置きチャック34は、把握爪34aを有している。把握爪34aは、Z軸周りに所定の間隔で複数(例えば、3つ)配置されている。把握爪34aは、仮置きチャック34の径方向に移動させることでワークWを保持可能である。
【0021】
ワーク仮置き部33は、主軸20の回転軸AX1に平行な中心軸AX2を有する。本実施形態では、把握爪34aによって円筒状のワークが保持される場合にワークの中心軸に一致する軸を、ワーク仮置き部33の中心軸AX2として説明する。ワーク仮置き部33は、中心軸AX2の高さ位置(Y方向の位置)が主軸20の回転軸AX1の高さ位置と等しくなるように配置される。
【0022】
刃物台駆動部31によって刃物台30がX方向に移動することにより、主軸チャック21と仮置きチャック34とが、主軸20の回転軸AX1の軸線と交差する方向(X方向)に相対的に移動する。本実施形態では、刃物台30のみがX方向に移動する構成であるが、主軸20をX側に移動させる構成としてもよい。
【0023】
仮置きチャック34は、対向位置Q1と離間位置Q2との間で移動可能となっている。対向位置Q1は、主軸チャック21との間でワークWを受け渡し可能な位置である。離間位置Q2は、主軸チャック21から離れた位置であり、主軸チャック21及び仮置きチャック34のそれぞれが後述のローダ40によって個別にワークWを受け渡し可能な位置である。なお、本実施形態では、主軸20がX方向には移動せず、刃物台30がX方向に移動する構成であるため、仮置きチャック34のX方向の位置を対向位置Q1及び離間位置Q2としている。主軸20がX方向に移動する構成では、対向位置Q1及び離間位置Q2は、主軸チャック21及び仮置きチャック34の両者の配置として説明が可能である。
【0024】
なお、回転軸AX1及び中心軸AX2は高さ位置(Y方向の位置)が同一であるため、仮置きチャック34が離間位置Q2に配置される場合、ワーク仮置き部33の中心軸AX2と主軸20の回転軸AX1とが水平方向(X方向)に所定距離dの間隔を空けた状態で並ぶことになる。
【0025】
ローダ40は、工作機械100の外部との間でワークWの搬送を行う。ローダ40は、基部41と、主軸対応ワーク保持部42と、仮置き対応ワーク保持部43とを有している。基部41は、ローダ移動機構44に接続される。ローダ移動機構44は、基部41を支持する支持部44aと、この支持部44aに接続される不図示の駆動源及び伝達機構と、を有している。基部41は、ローダ移動機構44により、X方向、Y方向及びZ方向に移動可能に設けられる。基部41は、主軸対応ワーク保持部42及び仮置き対応ワーク保持部43を保持する。
【0026】
主軸対応ワーク保持部42及び仮置き対応ワーク保持部43は、それぞれワークWを把持する一対の爪部42a及び43aを有する。爪部42a、43aは、基部41から−Y方向に向けて直線状に突出するように配置される。爪部42a、43aは、互いに等しい形状に形成されるが、これに限定するものではなく、互いに異なる形状に形成されてもよい。
【0027】
爪部42a及び43aは、それぞれ中心軸AX3、AX4を中心としてX方向に開閉可能に設けられる。なお、本実施形態では、爪部42a、43aによって円筒状のワークが保持される場合にワークの中心軸に一致する軸を、それぞれ爪部42a、43aの中心軸AX3、AX4として説明する。
【0028】
基部41には、爪部42a、43aを開閉させる不図示の開閉機構が設けられる。爪部42a、43aは、X方向に閉じることでワークWを把持可能であり、X方向に開くことでワークWを離すことが可能となっている。爪部42a、43aの開閉動作は、制御部CONTによって個別に制御可能となっている。したがって、例えば爪部42a、43aは、互いに開動作又は閉動作を同時に行うことが可能であるし、一方が開動作を行うと同時に他方が閉動作を行うといった反対の動作を同時に行うことも可能となっている。
【0029】
また、爪部42a、43aは、それぞれの中心軸AX3と中心軸AX4とが等しい高さ位置(Y方向の位置)となり、かつ、X方向に所定距離dの間隔を空けるように配置される。したがって、仮置きチャック34が離間位置Q2にある場合、主軸20の回転軸AX1とワーク仮置き部33の中心軸AX2との距離(所定距離d)が、爪部42aの中心軸AX3と爪部43aの中心軸AX4との距離(所定距離d)と等しくなる。この構成により、主軸対応ワーク保持部42が主軸チャック21に対向し、かつ仮置き対応ワーク保持部43が仮置きチャック34に対向するようにローダ40を配置した場合、主軸対応ワーク保持部42及び仮置き対応ワーク保持部43は、主軸チャック21及び仮置きチャック34のそれぞれに対してワークWの受け渡しが可能となる。
【0030】
また、制御部CONTは、主軸20、刃物台30及びローダ40の各部の動作を統括的に制御する。制御部CONTは、所定の加工プログラムや工具Tのデータなど、各種プログラム及び情報を記憶する記憶部を有している。制御部CONTは、例えば所定の加工プログラムや操作パネル12の操作内容等に基づいて主軸20、刃物台30及びローダ40等の各部の動作を制御可能である。
【0031】
次に、工作機械100の動作について説明する。先ず、制御部CONTは、主軸20をワーク受け取り位置P1に配置させた状態で、ローダ40により、加工対象であるワークWを主軸20に保持させる。この動作では、制御部CONTは、ローダ40をワーク搬入部まで移動させ、主軸対応ワーク保持部42の一対の爪部42aによってワークWを把持させる。
【0032】
その後、制御部CONTは、ローダ40を主軸20まで移動させ、
図4(a)に示すように、ワークWを保持した状態の主軸対応ワーク保持部42を主軸チャック21に対向させる。このとき、制御部CONTは、爪部42aの中心軸AX3が主軸20の回転軸AX1に一致するように主軸対応ワーク保持部42の位置を調整する。そして、制御部CONTは、ローダ40を−Z側に移動し、ワークWの−Z側端部を主軸チャック21の把持位置に配置させる。この状態で、制御部CONTは、把握爪21aを主軸20の径方向の内側に移動させてワークWの−Z側端部を保持させる。また、制御部CONTは、主軸対応ワーク保持部42の爪部42aを開かせてワークWの保持を解除させる。これにより、ワークWがローダ40から主軸20に渡される。なお、
図4(a)では、一例として、
仮置きチャック34が離間位置Q2に配置され、爪部43aの中心軸AX4が
ワーク仮置き部33の中心軸AX2に一致しているが、ワークWをローダ40から主軸20に渡すだけの場合にはこの配置に限定されるものではない。
【0033】
ワークWが主軸20に渡された後、制御部CONTは、主軸20を回転させることにより、ワークWを回転させる。ワークWの回転数は、加工処理に応じて適宜設定される。続いて、制御部CONTは、刃物台30をX方向に移動させて工具Tを選択する。ここでは、ワークWの外周部を加工可能な工具Tを選択する。
【0034】
続いて、制御部CONTは、工具TのX方向の位置を調整する。この調整では、制御部CONTは、工具Tの先端に取り付けられたチップTaがワークWの外周部に対応するように刃物台30をX方向に移動させる。チップTaのX方向の位置は、ワークWの外周部に対する切削量を規定する。切削量は、制御部CONTによって予め設定された値に設定されてもよく、また、作業者のマニュアル操作によって行われてもよい。そして、ワークWの回転が安定した段階で、制御部CONTは、
図4(b)に示すように、主軸20を+Z方向に移動させて加工位置P2に配置し、工具TによりワークWの外周部に対して切削を行わせる。
【0035】
ワークWの切削加工が終了した後、制御部CONTは、ワークWを主軸20からワーク仮置き部33に渡すようにする。この動作では、制御部CONTは、まず
図5(a)に示すように、仮置きチャック34が対向位置Q1に配置されるように刃物台30をX方向に移動させる。この場合、主軸20の回転軸AX1と、ワーク仮置き部33の中心軸AX2とが一致する。
【0036】
その後、制御部CONTは、
図5(b)に示すように、主軸20をワーク渡し位置P3まで+Z方向に移動させ、ワークWの+Z側端部を仮置きチャック34の把持位置に配置させる。この状態で、制御部CONTは、把握爪34aを仮置きチャック34の径方向の内側に移動させ、ワークWの+Z側端部を把持させる。これにより、ワークWが主軸20からワーク仮置き部33に渡される。
【0037】
ワークWがワーク仮置き部33に渡された後、制御部CONTは、主軸チャック21の把握爪21aを主軸20の径方向の外側に移動させ、ワークWの−Z側端部の保持を解除させる。そして、主軸20を−Z側に移動させ、ワーク受け取り位置P1に配置させる。また、制御部CONTは、刃物台30のX方向の位置を調整し、仮置きチャック34を離間位置Q2に配置させる。
【0038】
一方、上記のようにワークWを主軸20からワーク仮置き部33に渡す動作を行っている間に、制御部CONTは、次に加工するワークWを取りに行かせる。例えば、制御部CONTは、例えば
図5(a)に示すように、ローダ40をワーク搬入部まで移動させ、主軸対応ワーク保持部42の一対の爪部42aによって、次に加工するワークWを把持させる。その後、制御部CONTは、例えば
図5(b)に示すように、ローダ40を主軸20側へ移動させる。そして、制御部CONTは、
図6(a)に示すように、主軸対応ワーク保持部42及び仮置き対応ワーク保持部43が、それぞれ主軸チャック21及び仮置きチャック34の上方(+Y側)に配置されるようにローダ40の位置を調整する。このとき、制御部CONTは、仮置き対応ワーク保持部43の一対の爪部43aを開いた状態としておく。
【0039】
次に、制御部CONTは、
図6(b)に示すように、ローダ40を−Y方向に移動させる。なお、
図6(b)及び以下の
図7(a)、(b)では、図を判別しやすくするため、主軸チャック21及び仮置きチャック34の近傍を拡大して示している。ローダ40を−Y方向に移動させる場合、制御部CONTは、爪部42aで保持されるワークWの−Z側端部が把握爪21aの+Z側を通過するようにローダ40のZ方向の位置を調整する。これにより、爪部42aに把持されるワークWと主軸チャック21の把握爪21aとが干渉するのを回避できる。
【0040】
ローダ40の移動により、
図7(a)に示すように、主軸対応ワーク保持部42と主軸チャック21が対向し、仮置き対応ワーク保持部43と仮置きチャック34とが対向する。このとき、主軸20の回転軸AX1が爪部42aの中心軸AX3に一致し、ワーク仮置き部33の中心軸AX2が爪部43aの中心軸AX4に一致する。このように、ローダ40を上下方向(Y方向)に移動させることにより、移動時において主軸チャック21や仮置きチャック34等との干渉を防ぐことができる。
【0041】
制御部CONTは、この状態からローダ40を−Z側に移動させ、ワークWの−Z側端部を主軸チャック21の把持位置に配置させる。そして、制御部CONTは、
図7(b)に示すように、主軸チャック21の把握爪21aを閉じる動作と、主軸対応ワーク保持部42の爪部42aを開く動作と、仮置きチャック34の把握爪34aを開く動作と、仮置き対応ワーク保持部43の爪部43aを閉じる動作とを、例えば同時に行わせる。
【0042】
この場合、主軸20側では、主軸チャック21によるワークWの保持と、主軸対応ワーク保持部42によるワークWの保持解除とが同時に行われ、ワークWが主軸対応ワーク保持部42から主軸チャック21に渡される。また、ワーク仮置き部33側では、仮置きチャック34によるワークWの保持解除と、仮置き対応ワーク保持部43によるワークWの保持とが同時に行われ、ワークWが仮置きチャック34から仮置き対応ワーク保持部43に渡される。
【0043】
これにより、主軸対応ワーク保持部42が主軸チャック21にワークWを渡す動作と、仮置き対応ワーク保持部43が仮置きチャック34からワークWを受け取る動作とが同時に行われることになる。このように、制御部CONTは、ローダ40を用いることにより、ワークWを主軸20に渡す動作と、ワークWをワーク仮置き部33から受け取る動作とを同時に行うことができる。このような反対の動作を同時に行うことにより、ワークWの受け渡しに要する時間が短縮される。
【0044】
なお、制御部CONTは、上記の3つの動作のすべてを同時に行わせる必要はなく、例えば主軸チャック21によるワークWの保持動作を行わせた後、主軸対応ワーク保持部42による保持解除動作と仮置き対応ワーク保持部43による保持動作とを同時に行わせてもよい。また、主軸対応ワーク保持部42による保持解除動作と、仮置き対応ワーク保持部43による保持動作とについては、動作の全部を同時に行わせる態様に限られず、動作の一部を同時に行わせる態様であってもよい。
【0045】
ワークWの受け渡し動作が行われた後、制御部CONTは、
図8に示すように、ローダ40を+Y方向に移動させ、受け取った加工済のワークWをワーク搬出部に搬送させる。また、制御部CONTは、新たに主軸チャック21に保持された未加工のワークWに対して加工を行わせる。この場合、制御部CONTは、まず主軸20を回転させ、刃物台30のX方向の位置を調整させる。その後、制御部CONTは、主軸20を+Z方向に移動させて加工位置P2に配置させ、工具TによりワークWの外周部に対して切削を行う(例えば
図4(b)参照)。
【0046】
加工が行われた後、制御部CONTは、再び加工済のワークWを主軸20からワーク仮置き部33に渡す動作を行わせる。そして、制御部CONTは、ローダ40により、新たな未加工のワークWを主軸20に渡す動作を行わせると共に、加工済のワークWをワーク仮置き部33から受け取る動作を行わせる。このような一連の動作を繰り返し行わせことにより、ワーク搬入部に配置される複数の未加工のワークWに対して順次加工が行われる。
【0047】
以上のように、本実施形態によれば、仮置きチャック34が離間位置Q2にある場合、主軸対応ワーク保持部42及び仮置き対応ワーク保持部43が、それぞれ主軸チャック21及び仮置きチャック34に対して同時にワークWの受け渡しを行うことができる。これにより、主軸20とローダ40との間のワークWの受け渡しに要する時間を短縮することができ、加工全体に要する時間を短縮して加工効率を向上させることができる。
【0048】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上述した説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、主軸対応ワーク保持部42の爪部42aや仮置き対応ワーク保持部43の爪部43aとして、二方爪が用いられる構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、三方爪など他の構成の爪部が用いられてもよい。
【0049】
また、上記実施形態では、主軸保持部として主軸チャック21が用いられ、仮置き保持部として仮置きチャック34が設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、それぞれワークWを保持可能な構成であれば、チャック以外の保持部が用いられてもよい。
【0050】
また、上記実施形態では、爪部42aと爪部43aとがY方向に延びるように配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、Z方向等他の方向に延びるように配置されてもよい。また、上記実施形態では、爪部42aと爪部43aとが同一方向に延びる構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、互いに異なる方向に延びるように配置されてもよい。
【0051】
また、上記実施形態では、ワーク仮置き部33が1つ設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、複数のワーク仮置き部33が設けられた構成であってもよい。また、この場合、ローダ40の仮置き対応ワーク保持部43がワーク仮置き部33の数に対応して複数設けられてもよい。
【0052】
また、上記実施形態では、ワーク仮置き部33が工具保持部32の間に配置された構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、ワーク仮置き部33がX方向の端部に配置されてもよい。これにより、ワーク仮置き部33に切り屑が掛かりにくくなる。また、上記実施形態では、ワーク仮置き部33が刃物台30に設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、刃物台30とは異なる部位に配置されてもよい。
【0053】
また、上記実施形態では、主軸20が1つ設けられた構成を例に挙げて説明したが、これに限定するものではなく、複数(例えば2つ)の主軸20が設けられた構成であってもよい。この場合、ローダ40は、主軸20の数に応じて複数設けられてもよい。
【0054】
また、上記実施形態では、ローダ40が主軸チャック21に対して未加工のワークWを渡し、仮置きチャック34から加工済のワークWを受け取る態様を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、ローダ40が仮置きチャック34に未加工のワークWを渡し、主軸チャック21から加工済のワークWを受け取る態様であってもよい。この場合、制御部CONTは、仮置きチャック34から主軸チャック21に未加工のワークWを渡すように制御すればよい。また、制御部CONTは、
仮置きチャック34から
主軸チャック21に未加工のワークWを渡す間に、ローダ40に対して加工済みのワークWを搬出させるようにする。これにより、未加工のワークWの受け渡しと、加工済のワークWの搬送とを並行して行うことができるため、ワークWの非加工時間を短縮させることができる。
【0055】
また、上記実施形態では、主軸チャック21及び仮置きチャック34の少なくとも一方をX方向(主軸20の回転軸AX1の軸線方向と交差する方向)に移動させることで、両者を対向位置Q1と離間位置Q2とに相対的に移動させる態様を例に挙げて説明したが、これに限定するものではない。例えば、主軸チャック21及び仮置きチャック34の少なくとも一方をZ方向(主軸20の回転軸AX1の軸線方向に沿った方向)に移動させることで、両者を対向位置と離間位置とに相対的に移動させるようにしてもよい。なお、ローダについては、例えば主軸対応ワーク保持部42と仮置き対応ワーク保持部43とがZ方向に並ぶように構成しておく。また、制御部CONTは、加工済のワークWと未加工のワークWとがZ方向に間隔を空けて並んで配置可能となるように、主軸チャック21と仮置きチャック34とを十分に離すようにする。これにより、例えばワークWの軸方向の長さよりも径の方が大きいような場合に、主軸チャック21と仮置きチャック34とをX方向に相対的に移動させるのに比べて、移動距離を短くすることができる。