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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-26
(45)【発行日】2024-12-04
(54)【発明の名称】工作機械
(51)【国際特許分類】
   B23B 3/30 20060101AFI20241127BHJP
【FI】
B23B3/30
【請求項の数】 4
(21)【出願番号】P 2021102127
(22)【出願日】2021-06-21
(65)【公開番号】P2023001422
(43)【公開日】2023-01-06
【審査請求日】2024-03-01
(73)【特許権者】
【識別番号】000133593
【氏名又は名称】株式会社ツガミ
(74)【代理人】
【識別番号】100095407
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 満
(74)【代理人】
【識別番号】100195648
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 悠太
(74)【代理人】
【識別番号】100175019
【弁理士】
【氏名又は名称】白井 健朗
(74)【代理人】
【識別番号】100194179
【弁理士】
【氏名又は名称】中澤 泰宏
(72)【発明者】
【氏名】風間 浩明
【審査官】増山 慎也
(56)【参考文献】
【文献】特開2012-011535(JP,A)
【文献】特開平02-088102(JP,A)
【文献】特開2012-056000(JP,A)
【文献】特開2014-083633(JP,A)
【文献】特開2017-222018(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23B 3/30
B23B 5/00
B23B 9/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークを保持しつつ回転させる複数の主軸ユニットと、
前記複数の主軸ユニットの何れかの特定主軸ユニットにより保持される前記ワークを加工する際に利用される移動工具ユニットと、
前記特定主軸ユニットにより保持された前記ワークの軸方向に前記移動工具ユニットを移動可能に構成される工具移動機構と、
前記特定主軸ユニットを前記軸方向及び前記軸方向に交わる方向に移動可能に構成される主軸移動機構と、
前記特定主軸ユニットにより保持された前記ワークの前記軸方向の端面を曲面に加工する際、前記特定主軸ユニットを介して前記ワークを回転させつつ、前記工具移動機構を介して前記特定主軸ユニットよりも軽量である前記移動工具ユニットを前記軸方向に移動させる制御部と、を備える、
作機械。
【請求項2】
前記工具移動機構は、前記移動工具ユニットを前記軸方向に加えて、前記軸方向に交わる方向に移動可能に構成される、
請求項1に記載の工作機械。
【請求項3】
前記特定主軸ユニットにより保持される前記ワークを加工する際に利用され、ベッドに対して移動不能に設けられ、前記移動工具ユニットの近くに位置する固定工具ユニットを備える、
請求項1又は2に記載の工作機械。
【請求項4】
前記複数の主軸ユニットは、
前記ワークの一端を保持しつつ回転させる第1主軸ユニットと、
前記第1主軸ユニットから受け取った前記ワークの他端を保持しつつ回転させる前記特定主軸ユニットである第2主軸ユニットと、を備え、
前記工作機械は、
前記第1主軸ユニットにより保持される前記ワークを加工する際に利用される第1工具ユニットと、
前記第1主軸ユニットにより保持された前記ワークである第1ワークを前記第1工具ユニットで加工を行うと同時に、前記第2主軸ユニットにより保持された前記第1ワークと異なる前記ワークである第2ワークを前記移動工具ユニットである第2工具ユニットで加工を行う制御部と、を備える、
請求項1からの何れか1項に記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、工作機械に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献1に記載の工作機械は、ワークの背面を加工するための工具を保持し、支持部材を介してベッドに支持される工具台と、ワークの前面を保持した状態で、上記工具を利用しつつワークの背面を加工するワーク保持部と、このワーク保持部をZ軸方向に移動させることにより加工中のワークを上記工具に対してZ軸方向に送る第2Z軸スライド機構と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2020-062705号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1においては、ワークを加工する際に、ワーク保持部の重量により、ワーク保持部のZ軸方向の移動に遅れ又は振動が発生し、ワークの加工精度が低下するおそれがある。
【0005】
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、ワークの加工精度を高めることができる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】
上記目的を達成するため、本発明に係る工作機械は、ワークを保持しつつ回転させる複数の主軸ユニットと、前記複数の主軸ユニットの何れかの特定主軸ユニットにより保持される前記ワークを加工する際に利用される移動工具ユニットと、前記特定主軸ユニットにより保持された前記ワークの軸方向に前記移動工具ユニットを移動可能に構成される工具移動機構と、前記特定主軸ユニットを前記軸方向及び前記軸方向に交わる方向に移動可能に構成される主軸移動機構と、前記特定主軸ユニットにより保持された前記ワークの前記軸方向の端面を曲面に加工する際、前記特定主軸ユニットを介して前記ワークを回転させつつ、前記工具移動機構を介して前記特定主軸ユニットよりも軽量である前記移動工具ユニットを前記軸方向に移動させる制御部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、ワークの加工精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
図1】本発明の一実施形態に係る工作機械の正面図である。
図2】本発明の一実施形態に係る工作機械の平面図である。
図3】本発明の一実施形態に係る工作機械の側面図である。
図4図2のA-A線断面図である。
図5】本発明の変形例に係る工作機械の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の一実施形態に係る工作機械について、図面を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、旋盤である工作機械1は、工作機械1の台であるベッドSと、第1主軸11を有する第1主軸ユニット10と、第2主軸21を有する第2主軸ユニット20と、第1主軸移動機構13Zと、第2主軸移動機構25X,25Zと、第1工具移動機構42X,42Yと、第2工具移動機構27Zと、第1工具ユニット45と、第2工具ユニット26と、第3工具ユニット28と、制御部300と、を備える。
以下では、第1主軸11及び第2主軸21の回転軸に沿う軸線方向をZ軸方向と規定し、Z軸方向に直交する高さ方向をY軸方向と規定し、Y軸方向及びZ軸方向に直交する方向をX軸方向と規定する。
【0010】
図1に示すように、第1主軸ユニット10は、ワークWを保持しつつ回転させる。具体的には、第1主軸ユニット10は、第1主軸11と、第1主軸11を回転可能に支持する第1主軸台12と、を備える。第1主軸11は、ワークWの一端を把持する。第1主軸台12には、第1主軸11を回転させるワーク回転用モータ(図示せず)が内蔵されている。
【0011】
第2主軸ユニット20は、Z軸方向に第1主軸ユニット10と向かい合う位置に設けられ、第1主軸ユニット10から受け取ったワークWを保持しつつ回転させる。第2主軸ユニット20は、ワークWの他端を把持する第2主軸21と、第2主軸21を回転可能に支持する第2主軸台22と、を備える。第2主軸台22には、第2主軸21を回転させるワーク回転用モータ(図示せず)が内蔵されている。
【0012】
図1に示すように、第1主軸移動機構13Zは、第1主軸ユニット10をZ軸方向に移動させる。第2主軸移動機構25Zは、第2主軸ユニット20をZ軸方向に移動させる。第1工具移動機構42Yは、第1工具ユニット45をY軸方向に移動させる。
図2に示すように、第2主軸移動機構25Xは、第2主軸ユニット20を、X軸方向に移動させて、第1主軸11、第2工具ユニット26及び第3工具ユニット28それぞれに対向可能とする。第1工具移動機構42Xは、第1工具ユニット45をX軸方向に移動させる。
【0013】
第2工具移動機構27Zは、第2工具ユニット26をZ軸方向に移動させる。第2工具移動機構27Zは、第2工具ユニット26よりも第1主軸11からX軸方向に遠い位置に設けられる。また、第2工具移動機構27Zは、Z軸方向において、第2主軸移動機構25Xのモータ25Mと第1工具移動機構42Xのモータ42Mの間に位置する。
【0014】
図4に示すように、第2工具移動機構27Zは、モータ27Aと、ボールねじ27Bと、ナット27Cと、スライド支持部材27Dと、レール部27Eと、スライド部27Fと、モータ支持部材27Gと、軸受27Hと、を備える。
スライド支持部材27Dは、ベッドSに固定されている。スライド支持部材27Dには、Z軸方向に沿って延びるレール部27Eが形成されている。
モータ支持部材27Gは、モータ27Aを支持し、スライド支持部材27Dに固定されている。モータ27Aは、第2主軸移動機構25Xのモータ25M(図2参照)の近傍に位置している。
【0015】
モータ27Aは、制御部300による制御のもと、軸回転する出力軸27Iを備える。出力軸27Iは、モータ支持部材27Gに固定される軸受27Hにより回転可能に支持されている。ボールねじ27Bは、出力軸27Iの同軸上で出力軸27Iに連結され、出力軸27Iとともに軸回転する。
スライド部27Fは、レール部27Eに沿って移動可能に設けられ、ナット27Cを支持する。スライド部27Fは、Z軸方向において、モータ27Aとの間でモータ支持部材27Gを挟み込むように位置する。図3に示すように、スライド部27Fは、Z軸方向から見てハット形をなす。スライド部27Fは、第2主軸21(図1参照)と同じ高さに第2工具ユニット26を支持する支持テーブル27Jを備える。支持テーブル27Jは、X軸方向及びZ軸方向に沿う平板状をなし、支持テーブル27Jの上面に第2工具ユニット26が設置される。第2工具ユニット26は、支持テーブル27Jの第3工具ユニット28に近い端部に位置する。
図4に示すように、ナット27Cは、ボールねじ27Bの外周に嵌め込まれている。モータ27Aにより出力軸27Iとボールねじ27Bが軸回転することにより、ナット27Cがボールねじ27Bに沿ってスライド部27FとともにZ軸方向に移動する。
図1及び図2に示すように、第1主軸移動機構13Z、第2主軸移動機構25X,25Z及び第1工具移動機構42X,42Yは、第2工具移動機構27Zと同様に、それぞれ、モータ、ボールねじ及びナット等を有する。
【0016】
図2に示すように、第1工具ユニット45は、第1主軸11により把持されたワークWを加工する。第1工具ユニット45は、複数の工具45aと、複数の工具45aを保持する工具保持部45bと、を備える。工具45aは、例えば、バイト又はドリルである。
【0017】
第2工具ユニット26は、第2主軸21により把持されたワークWを加工し、第2工具移動機構27ZによりZ軸方向に移動可能に構成される。第2工具ユニット26は、単数の工具26aと、工具26aを保持する工具保持部26bと、を備える。工具26aは、例えば、バイトである。工具26aはZ軸方向に沿って延びる。第2工具ユニット26は、第2主軸ユニット20及び第3工具ユニット28それぞれよりも軽量である。
【0018】
第3工具ユニット28は、第2主軸21により把持されたワークWを加工し、ベッドSに対して固定的に設けられている。第3工具ユニット28は、第2工具ユニット26の側方に設けられ、X軸方向において第2工具ユニット26と第1主軸11の間に設けられている。
第3工具ユニット28は、複数の工具28aと、複数の工具28aを保持する工具保持部28bと、を備える。複数の工具28aは、それぞれZ軸方向に沿って延び、X軸方向に並べられている。工具28aは、例えば、バイト又はドリルである。工具28aは、Y軸方向において工具26aと同じ高さに位置する。
【0019】
図1及び図2に示すように、制御部300は、第1主軸ユニット10、第2主軸ユニット20、第1主軸移動機構13Z、第2主軸移動機構25X,25Z、第1工具移動機構42X,42Y及び第2工具移動機構27Zを制御する。制御部300は、例えば、図示しないCPU(Central Processing Unit)、CPUによる処理の手順を定義したプログラムを記憶するROM(Read Only Memory)等を備える。
【0020】
次に、制御部300により実行される加工処理について説明する。制御部300は、事前に作成されたNC(Numerical Control)プログラムに従って、この加工処理を実行する。
制御部300は、第1主軸11により保持されたワークWを、第1工具ユニット45を利用しつつ第1加工を行う。例えば、第1加工としてワークWの外径切削を行う場合には、制御部300は、第1工具移動機構42X,42Yを介して工具45aであるバイトの刃先を第1主軸11により保持されたワークWの外周面に接する位置に移動させ、第1主軸11をワークWとともに軸回転させつつ、第1主軸移動機構13Zを介してワークWをZ軸方向に送る。
【0021】
上記第1加工が完了すると、制御部300は、第2主軸21が第1主軸11に対向するように、第2主軸移動機構25X,25Zを介して第2主軸ユニット20をX軸方向及びZ軸方向に移動させる。そして、制御部300は、第1加工済みのワークWを第1主軸11から第2主軸21に受け渡す。
【0022】
次に、制御部300は、第2主軸21により保持されたワークWを、第2工具ユニット26又は第3工具ユニット28を利用しつつ第2加工を行う。第2工具ユニット26で第2加工を行う際には、制御部300は、第2主軸移動機構25X及び第2工具移動機構27Zを介して、工具26aとワークWのX軸方向及びZ軸方向の相対位置を調整し、第2主軸移動機構25Zを動作させない。よって、この第2加工を行う際には、第2主軸21は、Z軸方向に移動しない。例えば、この第2加工としてワークWの端面を曲面に加工する場合には、制御部300は、第2主軸21をワークWとともに軸回転させつつ、第2工具移動機構27Zを介して工具26aをZ軸方向に、第2主軸移動機構25Xを介して第2主軸21をX軸方向に、それぞれ移動させる。ワークWの端面を曲面に加工する場合には、ワークWの回転位置と工具26aのX軸方向及びZ軸方向の位置を同期させる必要がある。この点、本実施形態では、第2主軸ユニット20よりも軽量である第2工具ユニット26をZ軸方向に移動させるため、ワークWの回転位置に対する工具26aのZ軸方向の位置の追従性を向上させることができ、ワークWの加工精度が高まる。
【0023】
上記第2加工は、工具26aによるワークWの端面の曲面加工に限らず、工具26aによるワークWの外径切削であってもよいし、第3工具ユニット28の工具28aによるワークWの加工であってもよい。工具28aによるワークWの加工の場合には、制御部300は、第2主軸移動機構25X,25Zを介してワークWを工具28aに対してX軸方向及びZ軸方向に移動させる。
【0024】
加工の種類により、第2工具ユニット26と第3工具ユニット28の何れかが選択されてもよい。例えば、制御部300は、ワークWの端面の曲面加工については第2工具ユニット26を利用して加工を行い、この曲面加工以外の加工については第3工具ユニット28を利用して加工を行ってもよい。
【0025】
また、第3工具ユニット28のメリットは、ベッドSに対して移動不能に設けられるため、剛性が高く、かつ、ボールねじ等を有しないため、熱変位の影響を受けづらいという点にある。一方、第2工具ユニット26のメリットは、軽量であるため、高速移動が可能であるという点にある。上記の各メリットを勘案して、第2工具ユニット26と第3工具ユニット28の何れかが選択されてもよい。
【0026】
上記第2加工が完了すると、制御部300は、第2加工済みのワークWを第2主軸21から図示しないワークキャッチャーに排出する。このワークキャッチャーに排出されたワークWは、図示しないワークコンベアで機外に搬送される。
以上で、加工処理が終了する。この加工処理は、ワークWの加工毎に行われる。
【0027】
(効果)
以上、説明した一実施形態によれば、以下の効果を奏する。
(1)工作機械1は、ワークWを保持しつつ回転させる複数の主軸ユニットの一例である第1主軸ユニット10及び第2主軸ユニット20と、特定主軸ユニットの一例である第2主軸ユニット20により保持されるワークWを加工する際に利用される移動工具ユニットの一例である第2工具ユニット26と、第2主軸ユニット20により保持されたワークWの軸方向の一例であるZ軸方向に第2工具ユニット26を移動可能に構成される工具移動機構の一例である第2工具移動機構27Zと、第2主軸ユニット20をZ軸方向及びZ軸方向に交わるX軸方向に移動可能に構成される主軸移動機構の一例である第2主軸移動機構25X,25Zと、を備える。
この構成によれば、第2主軸ユニット20により保持されるワークWが第2工具ユニット26により加工される際に、第2工具移動機構27Zにより第2工具ユニット26がZ軸方向に移動可能である。よって、この加工時に、重量のある第2主軸ユニット20をZ軸方向に移動させずに済む。このため、この加工時に、第2工具ユニット26のワークWに対する相対移動を高速で、かつ振動が少なく安定的に行うことができる。従って、ワークWの加工精度を高めることができる。
【0028】
(2)工作機械1は、第2主軸ユニット20により保持されたワークWの端面を曲面に加工する際、第2主軸ユニット20を介してワークWを回転させつつ、第2工具移動機構27Zを介して第2工具ユニット26をZ軸方向に移動させる制御部300を備える。第2工具ユニット26は、第2主軸ユニット20よりも軽量である。
一般的に、ワークを回転させつつ曲面に加工する場合、ワークの回転に対して工具の移動が遅れると、ワークの回転位置と工具の刃先位置が同期しなくなり、加工精度が低下する。この点、上記構成によれば、ワークWの端面を曲面に加工する際に、第2主軸ユニット20よりも軽量である第2工具ユニット26が移動させられる。よって、ワークWの回転に対してZ軸方向の第2工具ユニット26の移動が遅れることが抑制され、加工精度を高めることができる。
【0029】
(3)工作機械1は、第2主軸ユニット20により保持されるワークWを加工する際に利用され、ベッドSに対して移動不能に設けられ、第2工具ユニット26の近くに位置する固定工具ユニットの一例である第3工具ユニット28を備える。
この構成によれば、第2工具ユニット26とは別に第3工具ユニット28を用意することにより、Z軸方向に移動可能な第2工具ユニット26が保持する工具26aの数を減らすことができる。よって、第2工具ユニット26を軽量化することができ、上述のように、第2工具ユニット26によるワークWの加工精度が高まる。
また、第3工具ユニット28は、剛性又は熱変位の観点からは、第2工具ユニット26よりも優れている。このため、工具ユニットに高い剛性が要求される加工、又は熱変位の影響が大きい状況下での加工については、第3工具ユニット28が利用されることにより、ワークWの加工精度が高まる。
【0030】
なお、本開示は以上の実施形態及び図面によって限定されるものではない。本開示の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更(構成要素の削除も含む)を加えることが可能である。以下に、変形の一例を説明する。
【0031】
(変形例)
上記実施形態においては、第2工具ユニット26は、Z軸方向に移動可能に構成されていたが、Z軸方向に加えて、X軸方向に移動可能に構成されてもよい。例えば、図5に示すように、工作機械1は、第2工具ユニット26をX軸方向に移動させる第2工具移動機構27Xを備える。第2工具移動機構27Xは、第2工具移動機構27Zと同様に、モータ、ボールねじ及びナット等を有する。この図5の変形例において、第2加工としてワークWの端面を曲面に加工する場合には、制御部300は、第2主軸21をワークWとともに軸回転させつつ、第2工具移動機構27X,27Zを介して工具26aをX軸方向及びZ軸方向に移動させる。ワークWの加工中に、第2工具移動機構27Xにより第2工具ユニット26をX軸方向に移動させることで、重量のある第2主軸ユニット20をX軸方向に移動させずに済む。このため、ワークWの加工精度を高めることができる。
【0032】
上記図5の変形例においては、第3工具ユニット28は、ベッドSに固定されていたが、これに限らず、第2工具移動機構27XのX軸方向に移動するスライドベース27S(図5参照)に固定されていてもよい。これにより、第3工具ユニット28をベッドSに固定した場合よりも、第3工具ユニット28の高さを低く形成することができるため、第3工具ユニット28の剛性を高めることができる。
【0033】
上記実施形態において、制御部300は、第1加工と第2加工を同時に行うオーバーラップ加工を行ってもよい。このオーバーラップ加工の際には、制御部300は、図1及び図2に示すように、第1主軸ユニット10により保持されたワークWである第1ワークW1を第1工具ユニット45で加工を行うと同時に、第2主軸ユニット20により保持された第1ワークW1と異なるワークWである第2ワークW2を第2工具ユニット26で加工を行う。第1工具ユニット45による第1ワークW1の加工時間と第2工具ユニット26による第2ワークW2の加工時間をオーバーラップさせることにより、1個あたりのワークWの加工時間であるサイクルタイムを短縮できる。
【0034】
上記実施形態においては、第2工具ユニット26は、単数の工具26aを備えていたが、工具26aの数は単数に限らず、複数の工具26aを備えていてもよい。
また、上記実施形態においては、工具26aは、バイトであったが、これに限らず、ドリル又はエンドミル等であってもよい。
上記実施形態における第2工具ユニット26又は第3工具ユニット28はY軸方向に移動可能に構成されてもよい。これにより、複数の工具26a,28aをY軸方向に並べることができる。
上記実施形態における第3工具ユニット28は省略されてもよい。
【0035】
上記実施形態及び上記変形例においては、第2工具移動機構27X,27Zは、モータとボールねじ等により第2工具ユニット26を移動可能に構成されていたが、これに限らず、例えば、リニアモータ等の直線運動機構により第2工具ユニット26を移動可能に構成されてもよい。
【0036】
上述した各メリットを勘案して、例えば、制御部300は、熱変位の影響が大きい状態では第3工具ユニット28を利用してワークWの加工を行い、熱変位の影響が小さい状態では第2工具ユニット26を利用してワークWの加工を行ってもよい。この場合、制御部300は、工作機械1の起動開始後、規定時間経過までは、熱変位の影響が大きい状態と判別して第3工具ユニット28を利用してワークWの加工を行う。一方、この規定時間経過後には、熱変位の影響が小さい状態と判別して第2工具ユニット26を利用してワークWの加工を行う。
【0037】
また、制御部300は、第2工具移動機構27Zのボールねじ27B(図4参照)の熱変位量を検出するセンサの検出結果に基づき熱変位量を取得してもよい。そして、この取得した熱変位量が閾値を超えているとき熱変位の影響が大きい状態と判別して第3工具ユニット28を利用してワークWの加工を行い、この取得した熱変位量が当該閾値以下であるとき熱変位の影響が小さい状態と判別して第2工具ユニット26を利用してワークWの加工を行ってもよい。
さらに、制御部300は、切削抵抗値等の加工時に工具に生じる加工抵抗値が閾値を超える加工であるとき第3工具ユニット28を利用してワークWの加工を行い、この加工抵抗値が閾値以下の加工であるとき第2工具ユニット26を利用してワークWの加工を行ってもよい。
【符号の説明】
【0038】
1…工作機械、10…第1主軸ユニット、11…第1主軸、12…第1主軸台、13Z…第1主軸移動機構、20…第2主軸ユニット、21…第2主軸、22…第2主軸台、25M,27A,42M…モータ、25X,25Z…第2主軸移動機構、26…第2工具ユニット、26a,28a,45a…工具、26b,28b,45b…工具保持部、27B…ボールねじ、27C…ナット、27D…スライド支持部材、27E…レール部、27F…スライド部、27G…モータ支持部材、27H…軸受、27I…出力軸、27J…支持テーブル、27S…スライドベース、27X,27Z…第2工具移動機構、28…第3工具ユニット、42X,42Y…第1工具移動機構、45…第1工具ユニット、300…制御部、S…ベッド、W…ワーク、W1…第1ワーク、W2…第2ワーク
図1
図2
図3
図4
図5