特開 2022-39595 ワークの製造方法及び工作機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022039595

(43)【公開日】2022-03-10

(54)【発明の名称】ワークの製造方法及び工作機械

(51)【国際特許分類】

   B23B 13/00 20060101AFI20220303BHJP

   G05B 19/18 20060101ALI20220303BHJP

   B23B 1/00 20060101ALI20220303BHJP

【ＦＩ】

B23B13/00 Z

G05B19/18 W

B23B1/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020144709

(22)【出願日】2020-08-28

(71)【出願人】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000137856

【氏名又は名称】シチズンマシナリー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100114018

【弁理士】

【氏名又は名称】南山 知広

(74)【代理人】

【識別番号】100180806

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100160716

【弁理士】

【氏名又は名称】遠藤 力

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敏之

(72)【発明者】

【氏名】中谷 尊一

【テーマコード（参考）】

3C045

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C045AA07

3C045FC34

3C269AB02

3C269BB05

3C269CC01

3C269KK08

3C269MN09

3C269MN26

3C269QC01

3C269QD02

(57)【要約】

【課題】タクトタイムの増加を抑制しつつ残材を再利用可能なワークの製造方法及び工作機械を提供する。
【解決手段】円柱状の被加工部９６を含む原材９９と、被加工部９６と同一径の交換材９５とを接合して１つの接合材をワークＷとして製造するワークＷの製造方法において、接合前の各々の長さの合計の長さが、所定の長さになるように原材９９及び交換材９５の少なくとも一方の接合する側の端面を加工する。
【選択図】図１０

【特許請求の範囲】

【請求項1】

円柱状の被加工部を含む原材と、前記被加工部と同一径の交換材とを接合して１つの接合材をワークとして製造するワークの製造方法において、
前記接合前の前記各々の長さの合計の長さが、所定の長さになるように前記原材及び前記交換材の少なくとも一方の前記接合する側の端面を加工することを特徴とするワークの製造方法。

【請求項2】

前記接合が摩擦圧接接合であり、前記原材と前記交換材が前記摩擦圧接時に生じる接合部を形成するときに、前記両材の長さの合計が短くなる長さである摩擦寄り代に基づいて、前記交換材の前記接合する側の端面を加工する、ことを更に含む請求項１に記載のワークの製造方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の製造方法によって製造された前記接合材としての前記ワークの前記原材側の先端が突出するように貫通して配置される中空状の主軸と、
前記ワークの先端を加工して加工済ワークを形成する工具を保持する刃物台と、
前記加工済ワークが前記工具によって形成されることに応じて短くなる前記被加工部の長さに基づいて、前記ワークを交換するか否かを判定し、前記ワークを交換すると判定したときに、前記ワークの交換を指示する制御装置と、
を有することを特徴とする工作機械。

【請求項4】

前記ワークを交換すると判定されたときの前記被加工部の長さである交換長は、前記加工済ワークの長さよりも短い、請求項３に記載の工作機械。

【請求項5】

前記被加工部の先端が前記主軸から突出するように前記ワークを把持する把持部を更に有し、
前記ワークは、前記ワークの一端を保持するワーク保持部を有し、前記ワークを前記主軸の延伸方向に移動するワーク供給装置によって供給され、
前記原材の長さから、前記ワークを交換すると判定されたときの前記被加工部の長さである交換長を引いた長さは、前記ワークを加工するときに前記把持部と前記ワーク保持部とが接触しない長さである、請求項３又は４に記載の工作機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークの製造方法及び工作機械に関する。

【背景技術】

【0002】

長尺状のワークを加工する工作機械において、加工後の残材を再利用するための種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、主軸により保持されたワークの後端に新たなワークの先端を接合させる棒材継ぎ足し装置を設けた工作機械が記載される。特許文献１に記載される工作機械は、主軸に保持されたワークが短くなった時に、元のワークの後端と新たなワークの先端とを接合することで、元のワークと新たなワークとを１本の長いワークとして取り扱うことができる。特許文献１に記載される工作機械は、元のワークが短くなり、主軸のチャックで把持されない長さとなったときに、元のワークに接合した新たなワークをチャックで把持することにより、元のワークの加工が可能となるので、残材の再利用が可能になる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２６３９４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載される工作機械は、短くなった元のワークに新たなワークを接合する処理を、加工処理を中断して実行するので、タクトタイムが長くなり製造コストが増大するおそれがある。

【0005】

本発明は、このような課題を解決するものであり、タクトタイムの増加を抑制しつつ残材を再利用可能なワークの製造方法及び工作機械を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るワークの製造方法は、円柱状の被加工部を含む原材と、被加工部と同一径の交換材とを接合して１つの接合材をワークとして製造するワークの製造方法において、接合前の各々の長さの合計の長さが、所定の長さになるように原材及び交換材の少なくとも一方の接合する側の端面を加工する。

【0007】

また、本発明に係るワークの製造方法では、接合が摩擦圧接接合であり、原材と交換材が摩擦圧接時に生じる接合部を形成するときに、両材の長さの合計が短くなる長さである摩擦寄り代に基づいて、交換材の接合する側の端面を加工することが好ましい。

【0008】

また、本発明に係る工作機械は、上記の製造方法によって製造された接合材としてのワークの原材側の先端が突出するように貫通して配置される中空状の主軸と、ワークの先端を加工して加工済ワークを形成する工具を保持する刃物台と、加工済ワークが工具によって形成されることに応じて短くなる被加工部の長さに基づいて、ワークを交換するか否かを判定し、ワークを交換すると判定したときに、ワークの交換を指示する制御装置とを有することが好ましい。

【0009】

また、本発明に係る工作機械では、ワークを交換すると判定されたときの被加工部の長さである交換長は、加工済ワークの長さよりも短いことが好ましい。

【0010】

また、本発明に係る工作機械では、被加工部の先端が主軸から突出するようにワークを把持する把持部を更に有し、ワークは、ワークの一端を保持するワーク保持部を有し、ワークを主軸の延伸方向に移動するワーク供給装置によって供給され、原材の長さから、ワークを交換すると判定されたときの被加工部の長さである交換長を引いた長さは、ワークを加工するときに把持部とワーク保持部とが接触しない長さであることが好ましい。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係るワークの製造方法及び工作機械は、タクトタイムの増加を抑制しつつ残材を再利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態に係る工作機械を有するワーク加工システムのブロック図である。

【図2】図１に示す工作機械の正面図である。

【図3】図１に示す工作機械の内部の斜視図である。

【図4】図１に示す工作機械のブロック図である。

【図5】（ａ）は加工前のワークＷの平面図であり、（ｂ）はワークから最後の加工済ワークの形成を開始するときのワークとチャック、ガイドブッシュ及び工具との位置関係を示す平面図である。

【図6】図１に示す工作機械により実行される加工処理のフローチャートである。

【図7】図６に示すＳ１０８の処理に対応するワーク交換処理を示す図であり、（ａ）は第１工程を示し、（ｂ）は第２工程を示し、（ｃ）は第３工程を示し、（ｄ）は第４工程を示し、（ｅ）は第５工程を示す。

【図8】実施形態に係るワークを製造する工作機械のブロック図である。

【図9】図８に示す工作機械により実行されるワーク製造処理のフローチャートである。

【図10】図９に示す処理に対応する工作機械及びバーフィーダの動作を示す図であり、（ａ）はＳ２０１の処理に対応し、（ｂ）はＳ２０２の処理に対応し、（ｃ）はＳ２０３の処理に対応し、（ｄ）はＳ２０４の処理に対応し、（ｅ）はＳ２０７の処理に対応し、（ｆ）はＳ２０８の処理に対応する。

【図11】第２実施形態に係る工作機械のブロック図である。

【図12】図１１に示す工作機械により実行される加工処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲は、それらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

【0014】

（第１実施形態に係る工作機械）
図１は、実施形態に係る工作機械を有するワーク加工システムのブロック図である。

【0015】

ワーク加工システム１００は、工作機械１と、ワーク供給装置とも称されるバーフィーダ１０１とを有し、ワークＷを加工して複数の加工済ワークＷ４を形成する。

【0016】

ワークＷは、円柱状の被加工部Ｗ１、被加工部Ｗ１の一端に配置された接合部Ｗ２、及び被加工部Ｗ１と同一径であり且つ接合部Ｗ２を介して被加工部Ｗ１に接合されたアダプタ材Ｗ３を含む長尺状の部材である。

【0017】

工作機械１は、ＮＣ（Numerically Control、数値制御）装置２０と、主軸３、ガイドブッシュ７、刃物台８を有する。主軸３は把持部であるチャック５でワークＷを保持する。主軸３は、軸方向に沿った中空を有し、中空を貫通したワークＷの先端が突出するようにしてワークＷを保持する。主軸３は、ＮＣ装置２０の指示に基づいて、チャック５に把持されたワークＷと共に回転する。ガイドブッシュ７は、ガイドブッシュ７の先から所定の長さだけワークＷが突出した状態で、回転するワークＷを安定的に保持する。刃物台８は、主軸３の孔から突出したワークＷを加工する工具１０３を有する。刃物台８に保持された工具１０３は、ガイドブッシュ７の先から突出したワークＷを切削して、複数の加工済ワークＷ４を順次形成する。なお、ここでは、工作機械１は、主軸移動型の棒材加工機であるが、実施形態に係る工作機械は、主軸台固定型の棒材加工機であってもよい。

【0018】

ＮＣ装置２０は、被加工部Ｗ１の先端を加工して、複数の加工済ワークＷ４をワークＷから順次形成することを、主軸３、ガイドブッシュ７及び刃物台８を操作する操作機構及びバーフィーダ１０１に指示する。また、ＮＣ装置２０は、少なくとも被加工部Ｗ１の長さに基づいて、ワークＷを交換するか否かを判定し、ワークＷを交換すると判定したときに、ワークＷを交換する動作を制御する。

【0019】

バーフィーダ１０１は、ワークＷを保持するワーク保持部であるフィンガーチャック１１１と、主軸３の延伸方向であるＺ方向にワークＷとフィンガーチャック１１１を移動する押し矢１１２とを有する。フィンガーチャック１１１は、主軸３の延伸方向であるＺ方向にワークＷを移動可能に保持し、ＮＣ装置２０からの指示に基づいて主軸３の後端からワークＷを供給する。バーフィーダ１０１は、ワーク供給装置とも称される。

【0020】

ワーク加工システム１００では、被加工部Ｗ１の長さが短くなりワーク交換信号がＮＣ装置２０から入力されることに応じて、工作機械１及びバーフィーダ１０１によってワークＷが交換される。ワーク加工システム１００では、加工部Ｗ１の長さが短くなったときに新しい、別の接合材としてのワークＷに交換されるので、加工中に被加工部Ｗ１とアダプタ材Ｗ３とを接合することなく、タクトタイムの増加を抑制しつつ残材を再利用することができる。

【0021】

（第１実施形態に係る工作機械の構成及び機能）
図２は工作機械１の正面図であり、図３は工作機械１の内部の斜視図である。

【0022】

工作機械１の内部には、ベッド２Ａ上に主軸３と、支持部２Ｂと、背面主軸１０が設置され、主軸３の内部にはワークＷを把持するチャック５が配置される。支持部２Ｂにはガイドブッシュ７と、刃物台操作機構９と、刃物台８とが配置される。刃物台操作機構９（ＸＹテーブル）の移動により刃物台８が移動することで加工に応じて必要な工具が選択され、ワークＷの付近に移動される。

【0023】

主軸３は、フィンガーチャック１１１に保持されたワークＷが配置可能な孔が軸方向に沿って形成される中空状の部材である。主軸操作機構４は、主軸台４０と、主軸回転装置４１と、主軸移動装置４２とを有する。主軸操作機構４は主軸３に配置されたワークＷが加工されるときに、主軸３のワークＷの把持と把持の解除を行い、主軸移動装置４２が主軸台のＺ軸方向の移動を行い、主軸回転装置４１は主軸の回転を行う。主軸３に配置されたワークＷは、主軸回転装置４１によって回転され且つ主軸移動装置４２によってＺ方向に移動されると共に、刃物台８に保持された工具１０３によって切削されることで加工される。

【0024】

把持部としてのチャック５は、ワークＷを加工するときに被加工部Ｗ１の先端が主軸３から突出するようにワークＷを把持する。チャック操作機構６は、シリンダ６１と、ピストン６２と、アーム６３とを有する。シリンダ６１内部に充填される油圧等の流体を制御してピストン６２をＺ方向に移動することで、一端がピストン６２に接続され且つ他端が主軸台４０に回動可能に支持されたアーム６３が主軸台４０に支持された端部を中心に回転動作する。チャック５は、アーム６３が回転動作することに応じて移動するスリーブによりＺ軸方向に前後動することで開閉動作を行い、ワークＷの把持とワークＷの把持の解除との間で切り換えられる。

【0025】

図４は、工作機械１のブロック図である。

【0026】

ＮＣ装置２０は、通信部２１と、記憶部２２と、入力部２３と、出力部２４と、処理部３０とを有する。ＮＣ装置２０は、制御線を介して、主軸３、チャック５及び刃物台８のそれぞれを操作する主軸操作機構４、チャック操作機構６、刃物台操作機構９を含む工作機械１の各部を制御する制御信号を送信する。通信部２１は、イーサネット（登録商標）などの有線の通信インターフェース回路を有する。通信部２１は、一例ではＬＡＮケーブルである通信ケーブル２５を介してバーフィーダ１０１との間で通信を行う。

【0027】

記憶部２２は、例えば、半導体記憶装置、磁気テープ装置、磁気ディスク装置、又は光ディスク装置のうちの少なくとも一つを備える。記憶部２２は、処理部３０での処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム、データ等を記憶する。例えば、記憶部２２は、ワークＷを加工する加工処理を処理部３０に実行させるための加工プログラム等を記憶する。加工プログラムは、例えばＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記録媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いて記憶部２２にインストールされてもよい。また、記憶部２２は、加工処理で使用される種々のデータを記憶する。記憶部２２は、例えばワークＷの被加工部Ｗ１の長さＬＷ１、及び加工済ワークＷ４の長さＬＷ４を記憶する。

【0028】

入力部２３はＮＣ装置２０の操作盤２０Ａに配置されるボタンであり、出力部２４は操作盤２０Ａに配置される液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display、ＬＣＤ）である。入力部２３はタッチパネル及びキーボードであってもよく、出力部２４は有機ＥＬ（Electro－Luminescence）ディスプレイであってもよい。

【0029】

処理部３０は、一又は複数個のプロセッサ及びその周辺回路を有する。処理部３０は、工作機械１の全体的な動作を統括的に制御するものであり、例えば、ＣＰＵである。処理部３０は、記憶部２２に記憶されているプログラム（ドライバプログラム、オペレーティングシステムプログラム、アプリケーションプログラム等）に基づいて処理を実行する。また、処理部３０は、複数のプログラム（アプリケーションプログラム等）を並列に実行できる。

【0030】

処理部３０は、加工ワーク数演算部３１と、加工指示部３２と、交換判定部３３と、ワーク交換信号出力部３４とを有する。加工指示部３２は、ワーク加工指示部３５と、解除指示部３６と、主軸移動指示部３７と、把持指示部３８とを有する。これらの各部は、処理部３０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして処理部３０に実装されてもよい。

【0031】

（実施形態に係る工作機械により加工されるワークの構成）
図５（ａ）は加工前のワークＷの平面図であり、図５（ｂ）はワークＷから最後の加工済ワークＷ４の形成を開始するときのワークＷとチャック５、ガイドブッシュ７及び工具１０３との位置関係を示す平面図である。

【0032】

ワークＷは、工作機械１により加工されて複数の加工済ワークＷ４が形成される被加工部Ｗ１と、工作機械１により加工されないアダプタ材Ｗ３と、被加工部Ｗ１とアダプタ材Ｗ３とを接合する接合部Ｗ２とを有する円柱状の部材である。被加工部Ｗ１、接合部Ｗ２及びアダプタ材Ｗ３の径は同一である。加工済ワークＷ４が形成された後の被加工部Ｗ１の残部及びアダプタ材Ｗ３は、被加工部Ｗ１と長さ及び径が同一の交換材であり、新たな原材と接合されて接合材としてのワークＷを製造するときに再使用される。

【0033】

一例では、ワークＷの被加工部Ｗ１の長さＬＷ１は２０００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下であり、接合部Ｗ２の長さは略ゼロであり、ワークＷのアダプタ材Ｗ３の長さＬＷ３は２００ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。ワークＷの被加工部Ｗ１の長さＬＷ１は、形成される加工済ワークＷ４の長さＬＷ４、主軸３に挿入可能なワークＷの長さ等の条件に基づいて適宜決定される。なお、Ｎ個の加工済ワークＷ４が形成された後の被加工部Ｗ１、すなわち残材Ｒの長さである交換長Ｌｒは、加工済ワークＷ４の長さＬＷ４よりも短い。

【0034】

被加工部Ｗ１は、一例としてアルミニウム合金、ステンレス鋼、チタン、銅等の金属及び合金により形成される。アダプタ材Ｗ３は、被加工部Ｗ１を形成する材料と同一の材料により形成されてもよく、被加工部Ｗ１を形成する材料と異なる材料により形成されてもよい。

【0035】

例えば、被加工部Ｗ１がアルミニウム合金により形成されるとき、アダプタ材Ｗ３は、アルミニウム合金により形成されてもよい。また、被加工部Ｗ１がステンレス鋼により形成されるとき、アダプタ材Ｗ３は、ステンレス鋼により形成されてもよく、炭素鋼により形成されてもよい。

【0036】

また、アダプタ材Ｗ３は、中実構造であってもよく、中空構造であってもよい。アダプタ材Ｗ３は、中空構造とされることで、アダプタ材Ｗ３が中実構造とされる場合よりも軽量化することができる。また、被加工部Ｗ１の残材となる部分は、アダプタ材Ｗ３と同様に中空構造であってもよい。

【0037】

ワークＷのアダプタ材Ｗ３の長さＬＷ３は、ワークＷを加工するときにチャック５とフィンガーチャック１１１とが接触しない長さである。例えば、ワークＷのアダプタ材Ｗ３の長さＬＷ３は、ワークＷから最後の加工済ワークＷ４の形成を開始するために主軸３が初期位置にあるときに、チャック５とフィンガーチャック１１１とが少なくとも接触しない長さである。

【0038】

アダプタ材Ｗ３の長さＬＷ３は、
ＬＷ３≧（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４）－（ＬＷ４＋Ｌｒ）
で示される。ここで、Ｌ１はワークＷの先端が位置する加工点とガイドブッシュ７の先端との間の距離であり、Ｌ２はガイドブッシュ７の先端とチャック５の先端との間の距離であり、Ｌ３はチャック５の先端とフィンガーチャック１１１の先端との間の距離である。またＬ４はフィンガーチャック１１１がアダプタ材Ｗ３を保持するときの保持代であり、ＬＷ４は加工済ワークＷ４の長さであり、Ｌｒは残材Ｒの長さである交換長である。

【0039】

（第１実施形態に係る工作機械による加工処理）
図６は、工作機械１により実行される加工処理のフローチャートである。図６に示す加工処理は、予め記憶部２２に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部３０により工作機械１の各要素と協働して実行される。

【0040】

まず、加工ワーク数演算部３１は、形成する加工済ワークＷ４の数Ｎを演算する（Ｓ１０１）。加工ワーク数演算部３１は、記憶部２２に記憶される被加工部Ｗ１の長さＬＷ１を、加工済ワークＷ４の長さＬＷ４で除算したときの商を加工済ワークＷ４の数Ｎとして演算する。

【0041】

次いで、加工指示部３２は、被加工部Ｗ１の先端がガイドブッシュ７から突出する所定の加工開始位置までワークＷを移動させる移動信号を通信部２１からバーフィーダ１０１に送信する（Ｓ１０２）。バーフィーダ１０１は、移動信号が入力されることに応じて、加工開始位置までワークＷを移動し、被加工部Ｗ１の先端が主軸３から突出する所定の加工開始位置までワークＷが移動したことを示すワーク移動信号を出力する。次いで、加工指示部３２は、バーフィーダ１０１から出力されたワーク移動信号を取得する（Ｓ１０３）。

【0042】

次いで、加工指示部３２は、被加工部Ｗ１の先端を加工して、複数の加工済ワークＷ４をワークＷから順次形成することを、主軸操作機構４、チャック操作機構６及び刃物台操作機構９に指示する（Ｓ１０４）。主軸操作機構４、チャック操作機構６及び刃物台操作機構９は、加工指示部３２からの指示に基づいて、主軸３、チャック５及び工具１０３を保持する刃物台８を操作してワークＷを切削して加工済ワークＷ４を形成する。

【0043】

次いで、交換判定部３３は、加工済みワークＷ４を順次形成することで短くなる被加工部Ｗ１の長さに基づいて、ワークＷを交換するか否かを判定する（Ｓ１０５）。具体的には、交換判定部３３は、形成した加工済ワークＷ４の数ｎが、Ｓ１０１の処理で演算されたＮに一致するか否かを判定する。

【0044】

交換判定部３３は、Ｓ１０３の処理でワークＷを交換しないと判定する（Ｓ１０５－ＮＯ）と、形成した加工済ワークＷ４の数ｎをインクリメントする（Ｓ１０６）。交換判定部３３によってワークＷを交換すると判定される（Ｓ１０５－ＹＥＳ）まで、Ｓ１０４～Ｓ１０６の処理が繰り返される。

【0045】

形成した加工済ワークＷ４の数ｎがＳ１０１の処理で演算されたＮに一致すると、交換判定部３３は、ワークＷを交換すると判定し（Ｓ１０５－ＹＥＳ）、このワークＷのみの加工で加工を終了するか否かを判定する（Ｓ１０７）。

【0046】

交換判定部３３によって加工を終了しないと判定される（Ｓ１０７－ＮＯ）と、ワーク交換信号出力部３４は、別の新しいワークＷに交換することを示すワーク交換信号を生成し、主軸操作機構４、チャック操作機構６及びバーフィーダ１０１に出力する（Ｓ１０８）。

【0047】

図７は、Ｓ１０８の処理においてワーク交換信号が入力されることに応じて、主軸操作機構４、チャック操作機構６及びバーフィーダ１０１によって実行されるワーク交換処理を示す図である。図７（ａ）は第１工程を示し、図７（ｂ）は第２工程を示し、図７（ｃ）は第３工程を示し、図７（ｄ）は第４工程を示し、図７（ｅ）は第５工程を示す。

【0048】

まず、第１工程において、チャック操作機構６は、チャック５を開いて交換対象ワークＷ５（加工済ワークＷ４が形成された後の被加工部Ｗ１の残部及びアダプタ材Ｗ３で形成された交換材）の把持を解除する。次いで、第２工程において、バーフィーダ１０１は、交換対象ワークＷ５を主軸３から引き抜く。次いで、第３工程において、主軸操作機構４は、主軸３を移動して、チャック５を初期位置に移動する。次いで、第４工程において、バーフィーダ１０１は、加工前の接合材としての新しいワークＷ６を主軸３に挿入する。そして、第５工程において、チャック５を閉じて加工前のワークＷ６を把持する。

【0049】

加工を終了する指示を出力するボタンをオペレータが押下する等により、工作機械１に加工終了が指示され、交換判定部３３によって加工を終了すると判定される（Ｓ１０７－ＮＯ）と、加工処理は終了する。尚、図６に示すＳ１０７において、交換判定部３３によって加工を終了しないと判定される場合、処理部３０は、ワーク交換信号出力部３４でワーク交換信号を生成することなく、図７に示したワーク交換処理に移行し、次の新しいワークＷ６を主軸３に挿入して加工を開始する。

【0050】

（第１実施形態に係る工作機械の作用効果）
工作機械１は、加工部Ｗ１の長さが短くなったときにワークＷ自体が交換されるので、加工中に被加工部Ｗ１とアダプタ材Ｗ３とを接合することなく、タクトタイムの増加を抑制しつつ残材を再利用することができる。

【0051】

また、アダプタ材Ｗ３の長さは、ワークＷの加工を開始する初期位置に主軸３が移動したときに、チャック５とフィンガーチャック１１１とが接触しない長さとなる。工作機械１は、残材Ｒの長さである交換長Ｌｒが加工済ワークＷ４の長さＬＷ４よりも短くできるまでワークＷを加工できるので、ワークＷから最大数の加工済ワークＷ４を形成することができる。

【0052】

（実施形態に係るワークを製造する工作機械）
図８は、実施形態に係るワークＷを製造する工作機械のブロック図である。実施形態に係るワークＷを製造する工作機械の外観およびＮＣ装置以外の構成及び機能は、工作機械１と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0053】

工作機械１３は、ＮＣ装置１４をＮＣ装置２０の代わりに有することが工作機械１と相違する。ＮＣ装置１４は、記憶部２６及び処理部７０を記憶部２２及び処理部３０の代わりに有することがＮＣ装置２０と相違する。記憶部２６及び処理部７０以外の工作機械１３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された工作機械１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0054】

記憶部２６は、記憶部２２と同様に記憶装置であり、ワーク製造を処理部に実行させるワーク製造プログラム及びワーク製造処理で使用される種々のデータを記憶する。

【0055】

処理部７０は、処理部３０と同様にプロセッサ等であり、材料配置指示部７１と、ワーク切削指示部７２と、摩擦加熱指示部７３と、接合指示部７４と、バリ除去指示部７５とを有する。これらの各部は、処理部７０が備えるプロセッサで実行されるプログラムにより実現される機能モジュールである。あるいは、これらの各部は、ファームウェアとして処理部７０に実装されてもよい。

【0056】

（実施形態に係るワークを製造するワーク製造処理）
図９は、工作機械１３により実行されるワーク製造処理のフローチャートであり、図１０は図９に示す処理に対応する工作機械１３及びバーフィーダ１０１の動作を示す図である。図９に示すワーク製造処理は、予め記憶部２６に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部７０により工作機械１３の各要素と協働して実行される。図１０（ａ）はＳ２０１の処理に対応し、図１０（ｂ）はＳ２０２の処理に対応し、図１０（ｃ）はＳ２０３の処理に対応し、図１０（ｄ）はＳ２０４の処理に対応し、図１０（ｅ）はＳ２０７の処理に対応し、図１０（ｆ）はＳ２０８の処理に対応する。

【0057】

まず、材料配置指示部７１は、交換材９５を背面主軸１０に配置することを示す交換材配置指示信号を背面主軸１０に出力する（Ｓ２０１）。交換材９５は、加工済ワークＷ４の形成に使用された後に、加工前のワークＷ６と交換された交換対象ワークＷ５である。

【0058】

交換材９５は、円柱状の被加工部９６、被加工部９６の一端に配置された接合部９７、及び被加工部９６と同一径であり且つ接合部９７を介して被加工部９６に接合されたアダプタ材９８を含む部材である。被加工部９６の長さは、交換長Ｌｒである。背面主軸１０は、交換材配置指示信号が入力されることに応じて、刃物台８に保持された工具１０３により被加工部９６が加工可能なように交換材９５を把持する。

【0059】

交換材９５は、例えばロボットハンド等の不図示の搬入装置により移動することによって、背面主軸１０に把持されてもよい。また、交換材９５は、バーフィーダ１０１によって主軸３に挿入された後に、バーフィーダ１０１に保持された新しい原材９９により背面主軸１０側に押し出されることにより、背面主軸１０に把持されてもよい。また、図６に示す加工処理から連続してワーク製造処理を実行するときは、不図示の搬入装置により移動することによって、主軸３に把持された交換対象ワークＷ５を交換材９５として背面主軸１０に把持させてもよい。

【0060】

次いで、ワーク切削指示部７２は、交換材９５の被加工部９６の長さが所定の摩擦寄り代Ｌｃとなるように被加工部９６を切削することを示す切削指示信号を刃物台操作機構９及び背面主軸１０に出力する（Ｓ２０２）。刃物台操作機構９及び背面主軸１０は、切削指示信号が入力されることに応じて、被加工部９６の長さが摩擦寄り代Ｌｃに一致するように被加工部９６を切削する。

【0061】

次いで、材料配置指示部７１は、原材配置信号をチャック操作機構６、主軸３及びバーフィーダ１０１に出力する（Ｓ２０３）。バーフィーダ１０１は、原材配置信号が入力されることに応じて移動し、主軸３に原材９９を挿入して所定の長さだけ主軸３から原材９９の端面が突出した状態で止まる。チャック操作機構６によるチャック操作で、チャック５により原材９９を把持する。また、背面主軸１０は、主軸３側に移動し、被加工部９６の端面と原材９９の端面を当接させる。

【0062】

次いで、摩擦加熱指示部７３は、原材９９を原材９９の周方向に回転する回転動作を開始することを示す摩擦加熱指示信号を主軸操作機構４及び背面主軸１０に出力する。（Ｓ２０４）。背面主軸１０は、摩擦加熱指示信号が入力されることに応じて、交換材９５の端面の中心と原材９９の端面の中心とが一致し且つ互いに接触するように交換材９５を配置すると共に、接合部９７の近傍で交換材９５のアダプタ材９８を把持する。背面主軸１０が接合部９７の近傍で交換材９５を把持することで、交換材９５と原材９９をより高精度で摩擦圧接接合することができる。主軸操作機構４は、摩擦加熱指示信号が入力されることに応じて、原材９９を主軸３と共に回転させる。なお、ここでは、原材９９が回転されるが、原材９９の代わりに交換材９５が回転されてもよい。また、交換材９５及び原材９９の双方が回転してもよい。

【0063】

次いで、摩擦加熱指示部７３は、互いに接触する被加工部９６の端面及び原材９９の端面の温度が接合部を形成することができる所定の停止温度に達したか否かを判定する（Ｓ２０５）。摩擦加熱指示部７３は、例えば被加工部９６の端面及び原材９９の端面の端面温度を検出する不図示の温度センサから入力される温度が所定の停止温度に達したか否かを判定してもよい。また、摩擦加熱指示部７３は、交換材９５が回転を開始してから経過した経過時間が所定のしきい値時間を経過したか否かに基づいて、被加工部９６と原材９９との端面温度が停止温度に達したか否かを判定してもよい。

【0064】

摩擦加熱指示部７３は、被加工部９６と原材９９との間の端面温度が停止温度に達したと判定する（Ｓ２０５－ＹＥＳ）と、回転動作を停止することを示す回転停止指示信号を主軸操作機構４に出力する（Ｓ２０６）。主軸操作機構４は、回転停止指示信号が入力されることに応じて、主軸３の回転を停止する。

【0065】

次いで、接合指示部７４は、被加工部９６の端面と原材９９の端面との間に、所定の接合時間に亘ってアップセット推力を印加して、接合部を形成する接合指示信号を主軸操作機構４に出力する（Ｓ２０７）。主軸操作機構４は、接合指示信号が入力されることに応じて、主軸３をＺ方向に移動して接合時間に亘ってアップセット推力を被加工部９６の端面と原材９９の端面との間に印加する。アップセット推力が被加工部９６の端面と原材９９の端面との間に印加されることで、被加工部９６と原材９９との合計の長さが摩擦寄り代Ｌｃに対応する長さだけ短くなる。また、このときに接合部の周囲にバリＢが形成される。

【0066】

次いで、バリ除去指示部７５は、Ｓ２０５の処理により接合部の周囲に形成されたバリＢを除去することを示すバリ除去指示信号を主軸操作機構４、刃物台操作機構９及び背面主軸１０に出力する（Ｓ２０８）。背面主軸１０は、バリ除去指示信号が入力されることに応じて、バリ除去用の工具が配置可能な空間を確保するために、主軸３から離隔する方向に移動する。主軸操作機構４及び刃物台操作機構９は、バリ除去指示信号が入力されることに応じて、接合部の周囲に形成されたバリＢを除去するように主軸３及び刃物台８に保持されたバリ取り用の工具を操作する。

【0067】

そして、材料配置指示部７１は、Ｓ２０６の処理で形成されたワークＷを工作機械１３から引き抜くことを示す引抜指示信号をチャック操作機構６、背面主軸１０及びバーフィーダ１０１に出力する（Ｓ２０９）。チャック操作機構６及びバーフィーダ１０１は、引抜指示信号が入力されることに応じて、ワークＷを工作機械１３から引き抜く処理を実行する。背面主軸１０及びチャック操作機構６はワークＷの把持を解除し、バーフィーダ１０１はワークＷを主軸３から引き抜く。

【0068】

（実施形態に係るワーク製造方法の作用効果）
実施形態に係るワーク製造方法は、ワークＷの加工済みワークＷ４を形成する工作機械とは別の工作機械を用いてワークＷを連続して製造するため、加工済みワークＷ４の加工におけるタクトタイムの増加が抑制される。

【0069】

また、工作機械１３におけるワーク製造方法では、摩擦圧接接合される被加工部９６の長さは、摩擦圧接接合されるときに圧縮される摩擦寄り代Ｌｃと同一である。工作機械１３におけるワーク製造方法では、摩擦圧接によって接合する際に接合寄り代の長さを考慮して交換材の端面を加工するので、加工済みワークＷ４を形成し終わったワークＷの残りの部分を交換材として使用して新たに製造されるワークＷの長さのバラつきを抑制できる。

【0070】

（第２実施形態に係る工作機械の構成及び機能）
図１１は、第２実施形態に係る工作機械のブロック図である。第２実施形態に係る工作機械の外観およびＮＣ装置以外の構成及び機能は、工作機械１と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0071】

工作機械１５は、ＮＣ装置１６をＮＣ装置２０の代わりに有することが工作機械１と相違する。ＮＣ装置１６は、処理部８０を処理部３０の代わりに有することがＮＣ装置２０と相違する。処理部８０以外の工作機械１３の構成要素の構成及び機能は、同一符号が付された工作機械１の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0072】

処理部８０は、演算パラメータ決定部８１を有することが処理部３０と相違する。また、処理部８０は、加工ワーク数演算部８２を加工ワーク数演算部３１の代わりに有することが処理部８０と相違する。演算パラメータ決定部８１及び加工ワーク数演算部８２以外の処理部８０の構成要素及び機能は、同一符号が付された処理部３０の構成要素の構成及び機能と同一なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0073】

（第２実施形態に係る工作機械による加工処理）
図１２は、工作機械１５により実行される加工処理のフローチャートである。図１２に示す加工処理は、予め記憶部２２に記憶されているプログラムに基づいて、主に処理部８０により工作機械１５の各要素と協働して実行される。

【0074】

まず、演算パラメータ決定部８１は、摩擦寄り代Ｌｃを取得する（Ｓ３０１）。摩擦寄り代Ｌｃは、記憶部２２に記憶されてもよく、オペレータにより入力部２３を介して入力されてもよい。次いで、演算パラメータ決定部８１は、Ｓ３０１の処理で取得された摩擦寄り代Ｌｃが、加工済ワークＷ４の長さＬＷ４より長いか否かを判定する（Ｓ３０２）。

【0075】

ＬｃがＬＷ４より長いと判定された（Ｓ３０２－ＹＥＳ）とき、加工ワーク数演算部８２は、被加工部Ｗ１の長さＬＷ１から摩擦寄り代Ｌｃを減算した値を、加工済ワークＷ４の長さＬＷ４で除算したときの商を加工済ワークＷ４の数Ｎとして演算する（Ｓ３０３）。

【0076】

ＬｃがＬＷ４より長くないと判定された（Ｓ３０２－ＮＯ）とき、加工ワーク数演算部８２は、Ｓ１０１の処理と同様に、被加工部Ｗ１の長さＬＷ１を、加工済ワークＷ４の長さＬＷ４で除算したときの商を加工済ワークＷ４の数Ｎとして演算する（Ｓ３０４）。

【0077】

Ｓ３０５～Ｓ３１０の処理は、Ｓ１０２～Ｓ１０７の処理と同様なので、ここでは詳細な説明は省略する。

【0078】

（第２実施形態に係る工作機械の作用効果）
工作機械１５では、摩擦寄り代Ｌｃが加工済ワークＷ４の長さＬＷ４より長いときに、交換長Ｌｒが摩擦寄り代Ｌｃよりも長くなるように、形成される加工済ワークＷの数Ｎを決定するので、残材Ｒの長さである交換長Ｌｒが摩擦寄り代Ｌｃよりも短くなることはない。工作機械１５では、交換長Ｌｒが摩擦寄り代Ｌｃよりも短くなることはないので、交換対象ワークＷ５を交換材９５として再利用してワークＷを製造するときに、交換材９５の被加工部９６の長さが摩擦寄り代Ｌｃ以上となり、同一の長さのワークＷを製造できる。

【0079】

（実施形態に係る工作機械の変形例）
説明された工作機械では、残材Ｒの長さである交換長Ｌｒは加工済ワークＷ４の長さＬＷ４よりも長いが、実施形態に係る工作機械では、交換長Ｌｒは加工済ワークＷ４の長さＬＷ４よりも短くてもよい。

【0080】

また、説明された工作機械では、形成した加工済ワークＷ４の数ｎに基づいてワークＷの交換の要否が判定されるが、実施形態に係る工作機械では、少なくとも被加工部Ｗ１の長さに基づいてワークＷの交換の要否が判定されればよい。例えば、実施形態に係る工作機械では、フィンガーチャック１１１の位置を検出することで被加工部Ｗ１の残材の長さを推定して、推定された被加工部Ｗ１の長さに基づいてワークＷの交換の要否が判定されてもよい。

【0081】

また、説明された工作機械では、長さがＬＷ４で同一である加工済ワークＷ４が単一のワークから形成されるが、実施形態に係る工作機械では、長さが相違する加工済ワークが単一のワークから形成されてもよい。長さが相違する加工済ワークが単一のワークから形成されるとき、フィンガーチャック１１１の位置を検出することで被加工部Ｗ１の残材の長さを推定して、推定された被加工部Ｗ１の長さに基づいて、ワークＷの交換の要否が判定される。

【0082】

また、説明された工作機械では、使用されるワークＷは、摩擦圧接接合することにより形成されるが、実施形態に係る工作機械では、被加工部Ｗ１とアダプタ材Ｗ３とは、アーク溶接、ガス溶接及びレーザ溶接等の摩擦圧接接合以外の溶接接合で接合されてもよい。また、実施形態に係る工作機械では、被加工部Ｗ１とアダプタ材Ｗ３とは、凹部及び凸部をそれぞれの対向面に形成して嵌合することにより接合されてもよく、凹部及び凸部をそれぞれの対向面に形成して螺合することにより接合されてもよい。さらに被加工部Ｗ１とアダプタ材Ｗ３とは、接着材等で接合されてもよい。

【0083】

また、説明された工作機械の製造方法では、被加工部９６は、長さが摩擦寄り代Ｌｃになるように切削されるが、実施形態に係る工作機械の製造方法では、被加工部９６は、一定の長さとなるように切削されればよい。また、実施形態に係る工作機械の製造方法では、被加工部９６は、相違してもよい。

【符号の説明】

【0084】

１、１３、１５ 工作機械
２Ａ ベッド
２Ｂ 支持部
３ 主軸
１００ ワーク加工システム
１０１ バーフィーダ
１０３ 工具
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】