JP5535838B2

JP5535838B2 - 工作機械及び材料の加工方法

Info

Publication number: JP5535838B2
Application number: JP2010200424A
Authority: JP
Inventors: 雅俊古谷; 正紀仲
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Machinery Miyano Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Machinery Miyano Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: JP2012056000A

Description

本発明は、工作機械及び材料の加工方法に関する。

従来加工用の材料を把持する主軸と、該主軸に対向する対向軸と、前記主軸に把持された材料から予め定められた形状の製品を加工する製品加工手段とを備え、前記主軸に把持された材料の端部を支持する支持具を前記対向軸に装着し、前記材料を、前記支持具によって支持して前記製品に加工する工作機械が公知となっている（例えば特許文献１参照）。

実開昭６２−１９２８０４号公報（第５−７頁、図３）

しかし前記工作機械の場合、材料の加工前に予め支持具を準備する必要があるという欠点があった。また対向軸として第２主軸を使用するため、製品の加工工程の中に製品の背面側加工がある場合、製品の加工上の制約が発生したり、多品種少量の複数の製品を順次加工する加工工程で、前記第２主軸を使用する加工工程等の場合、支持具を保持する支持具専用の支持台等の特殊で高価な設備を必要とする等の欠点もあった。

上記課題を解決するための本発明の工作機械は、加工用の材料を把持する主軸１と、該主軸１に対向する対向軸と、前記材料を加工する加工工具と、前記主軸１と前記対向軸と前記加工工具とを制御する制御手段１０とを備え、該制御手段１０が、前記主軸１に把持された材料から予め定められた形状の製品を加工するように前記制御を行う製品加工手段として機能するように構成され、前記主軸１に把持された材料の端部を支持する支持具１６を前記対向軸に装着して設け、前記製品加工手段が、前記材料を、前記支持具１６によって支持させて前記製品に加工するように構成された工作機械において、前記主軸１に把持された材料の先端部分に、支持具加工用の支持具加工部１７を設け、前記制御手段１０が、前記支持具加工部１７を前記材料から突っ切り、前記対向軸に受け渡すように前記制御を行う支持具加工部受渡し手段として機能するように構成され、且つ該支持具加工部受渡し手段によって前記対向軸に受け渡されて把持された前記支持具加工部１７を加工して前記支持具１６を製作するように前記制御を行う支持具加工手段として機能するように構成され、前記製品加工手段が、前記支持具加工部１７が突っ切られた後の材料を、前記支持具加工手段によって製作されて、前記対向軸への把持が維持された状態の前記支持具１６によって支持させ、前記製品に加工するように構成されたことを第１の特徴とする。

第２に、前記制御手段１０が、前記主軸１に把持され、前記支持具加工手段によって製作された前記支持具１６で支持された材料が加工されて形成された一次製品を、前記主軸１から前記対向軸に把持させて受け渡すように制御を行う材料受渡し手段として機能するように構成され、前記支持具１６を前記対向軸から排出させる支持具排出手段１４を設け、前記支持具排出手段１４と前記材料受渡し手段とを、前記主軸１での前記一次製品の加工完了後、前記支持具排出手段１４によって前記支持具１６を前記対向軸から排出させて、前記材料受渡し手段によって前記対向軸に前記主軸１から前記加工済みの一次製品を受け渡すように連係させ、前記製品加工手段が、前記材料受渡し手段によって前記対向軸に受け渡された前記一次製品を、前記対向軸で２次加工するように構成されたことを特徴とする。

第３に、前記主軸１に対向する２次加工用の第２主軸３を備え、前記対向軸が前記第２主軸３からなることを特徴とする。

第４に、前記材料が、複数の製品を加工することができる長尺の棒材９からなることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明の材料の加工方法は、主軸１に把持された材料を前記主軸１に対向する対向軸に保持させ、前記材料の先端部分を突っ切って、前記対向軸に受け渡し、支持具加工部１７として前記対向軸に把持させ、前記対向軸に把持された支持具加工部１７を主軸１に把持された材料の端部を支持する支持具１６に加工し、前記支持具加工部１７が突っ切られた後に、前記主軸１に把持された前記主軸１側の材料を、該主軸１で把持した状態で、前記対向軸に把持された状態の支持具１６によって支持して加工することを第１の特徴とする。

第２に、前記支持具加工部１７が突っ切られた後に、前記主軸１に把持された材料を、前記対向軸に把持された支持具１６によって支持して、前記主軸１で一次製品に加工し、該一次製品への加工が完了した後、前記支持具１６を前記対向軸から排出し、前記一次製品を、前記主軸１から前記対向軸に受け渡して、該対向軸に把持させ、前記対向軸で加工することを特徴とする。

第３に、前記支持具１６を対向軸に一度支持させた後は、前記主軸１に把持された材料を連続的に前記支持具１６に支持させて、連続的に製品加工を行うことを特徴とする。

以上のように構成される本発明の構造によると、材料を支持具によって支持して加工を行うことにより、材料を安定して、高精度に加工することができるだけでなく、支持具が対向軸に把持されて製造されるため、材料の加工前に予め支持具を準備する必要がなく前記加工を容易に行うことができるという効果がある。

また前記主軸での加工後に、加工済みの材料を対向軸に受け渡し、対向軸で２次加工を行う場合は、前記主軸に把持された材料を、前記対向軸に把持させて受け渡す材料受渡し手段と、前記支持具を前記対向軸から排出させる支持具排出手段とを設け、前記製品加工手段を、前記主軸での前記材料の加工完了後、前記支持具を前記対向軸から排出させ、前記対向軸に前記主軸から前記加工済みの一次製品を受け渡し、前記対向軸での２次加工を実行するように構成することによって、支持具の支持台と２次加工用の主軸を対向軸で兼用することができる。

これにより加工上の制約の発生を抑制し、簡単な構造で支持具によって材料を支持しながら加工を行うことができるとともに、従来２次加工用の第２主軸が設けられている工作機械の場合、前記第２主軸を対向軸とすることによって、構成を変更することなく前記加工を行うことが可能となり、特殊で高価な設備が不要となる等の効果がある。

また材料として、複数の製品を加工することができる長尺の棒材を使用することによって、特に２次加工が必要な場合は、対向軸で前記支持具と前記一次製品とを交互に把持して、連続的に製品を加工することができる。なお２次加工が不要な場合は、１本の棒材の１回目の加工に際して、該棒材から支持具を製造することによって、その後連続的に高精度で製品を加工することができる。

本発明を適用した自動旋盤の平面図である。主軸に把持された材料の加工状態を示す主軸部分の要部断面図である。第１主軸から第２主軸に材料を受け渡して加工を行う状態を示す主軸部分の要部断面図である。製品加工手段の作動を示すフローチャート図である。正面加工時の状態を示す主軸部分の要部断面図である。支持具の排出状態を示す主軸部分の要部断面図である。２次加工時の状態を示す主軸部分の要部断面図である。製品の回収状態を示す主軸部分の要部断面図である。

本発明を適用した工作機械である自動旋盤は、図１に示されるように、第１主軸１を回転自在に支持する第１主軸台２と、第２主軸３を回転自在に支持する第２主軸台４とを備えている。両主軸台２，４は、両主軸１，３の軸線が平行となるように対向して配置されている。前記第１主軸台２は自動旋盤のベッド６上に固定的に支持されている。

前記第２主軸台４は第２主軸３の軸線方向（Ｚ３軸方向）及び該Ｚ３軸方向に水平方向に直交するＸ３軸方向に移動自在に前記ベッド６上に支持されている。第２主軸台４をＸ３軸方向に移動させることによって、両主軸１，３を軸心が一致するように対向して配置することができる。両主軸１，３の互いの対向面側には、各々加工用の材料を把持するチャックが開閉自在に設けられている。

前記第１主軸台２の対向側には、前記第１主軸１の軸線方向（Ｚ１軸方向）に平行なＺ２軸方向及び該Ｚ２軸方向に水平方向に直交するＸ２軸方向に移動自在に第１刃物台７が設けられている。本実施形態において、該第１刃物台７は、タレット刃物台からなり、前記第１主軸１に把持される材料を加工する加工工具が複数装着されている。前記第２主軸台４の対向側には、第２刃物台８が固定的に設けられている。前記第２刃物台８には、前記第２主軸３に把持される材料を加工する加工工具が複数装着されている。

本自動旋盤には、加工用の材料として第１主軸１の後端から、従来公知のバーフィーダ等によって長尺の棒材９が供給される。該棒材９は、図２（Ａ）に示されるように、前記第１主軸１の先端から所定長さ突出して、前記チャック１１によって前記第１主軸１に把持される。本自動旋盤は、図２（Ｂ）に示されるように、前記棒材９の第１主軸１から突出した部分を、第１主軸１の回転及び第１刃物台７のＺ２軸方向とＸ２軸方向の移動により、前記第１刃物台７に装着された加工工具７Ａで加工することができる。

前記第２主軸３は、図２（Ｃ）に示されるように、前記第２主軸台４のＺ３軸方向の移動によって、前記第１主軸１に把持された棒材９の先端部分が前記チャック１２に挿入されるように、第１主軸１に向かってＺ３軸方向に移動することができる。図３（Ａ）に示されるように、本自動旋盤は、第１主軸１に把持された棒材９の先端部分が第２主軸３に挿入された状態で、第２主軸３のチャック１２を閉じ、突切りバイト１３で棒材９を突っ切ることによって、第１主軸１で加工された棒材９の一部を材料として第２主軸３に受け渡すことができる。

前記第２主軸３で把持した材料は、前記第２主軸台４のＸ３軸方向及びＺ３軸方向の移動によって、図３（Ｂ）に示されるように、前記第２刃物台８に装着された加工工具８Ａで加工することができる。前記第２主軸３内には棒状のノックアウト手段（ノックアウト棒）１４が、第２主軸３の軸線方向に進退移動自在に装着されている。前記第２主軸３の材料の把持を解除し、該ノックアウト手段１４を第２主軸３の先端に向けて移動させることによって、前記第２主軸３の材料を排出することができる。

本自動旋盤には、前記両刃物台７，８及び第２主軸台４の移動や両主軸１，３の回転等を制御する制御装置１０が設けられている。該制御装置１０は、内蔵されるプログラムによって、前記棒材９から予め定められた形状の製品を加工する製品加工手段として機能する。

前記製品加工手段は、図４のフローチャートに示されるように、ステップＳ１で、前記棒材９から前記製品を加工する際に、前記第１主軸１に把持された棒材９を支持する支持具１６を加工し、次にステップＳ２で、前記第２主軸３に把持された前記支持具１６を使用して前記棒材９を第１主軸１で加工（１次加工）する。次にステップＳ３で、前記第２主軸３から前記支持具１６を排出し、ステップＳ４で、前記ステップＳ２で加工された棒
材９の一部を一次製品として第２主軸３に受け渡し、該一次製品を材料として第２主軸で加工（２次加工）する。

前記一次製品の第２主軸３への受け渡しは、前記のように第２主軸３のＺ３軸方向への移動と、第１主軸１及び第２主軸３のチャック１１，１２の開閉と、突切りバイト１３の作動によって行われ、この際前記制御装置１０は、プログラムによって材料受渡し手段として機能する。前記ステップＳ４の加工によって前記製品が完成するため、製品（完成品）を回収し、ステップＳ５で加工個数を確認し、必要な個数に達するまで、上記ステップＳ１からＳ４を繰り返す。

本自動旋盤は以上のように製品加工手段によって製品の加工を行うため、１つの製品を加工するために必要な棒材９の長さは、ステップＳ１で行う加工に必要な長さ（支持具１６の加工に必要な長さ）とステップＳ２及びＳ４で行う加工に必要な長さ（製品の加工に必要な長さ）との和となる。

このため１つの製品を加工するための棒材９の先端部分は、図２に示されるように、前記支持具加工用の支持具加工部１７を構成する。本実施形態では、１つの製品を加工するために必要な棒材の長さに対して十分に長尺な棒材を本自動旋盤に供給し、１本の棒材から複数の製品を加工するように構成されている。

前記ステップＳ１における支持具１６の加工は、まず図２（Ｂ）に示されるように、第１主軸１に把持された棒材９の支持具加工部１７の先端から所定長さを、第２主軸３のチャック１２に把持されるサイズに外径切削加工を行う。次に図２（Ｃ），図３（Ａ）に示されるように、支持具加工部１７を棒材９から突っ切り第２主軸３に受け渡す。前記ステップＳ１の加工プログラムによって前記制御装置１０は支持具加工手段として機能し、支持具加工部１７から支持具１６を製作する。

この際前記制御装置１０が材料受け渡し手段として機能し、第１主軸１で加工済みの支持具加工部１７を材料として第１主軸１から第２主軸３に受け渡す。つまり該材料受け渡し手段が、支持具加工部１７を前記棒材９から突っ切り、前記第２主軸３に受け渡す支持具加工部受渡し手段を兼用する。次に図３（Ｂ）に示されるように、第２主軸３で支持具加工部１７の先端を加工してテーパ状に尖らせ、支持具１６の加工を完了する。支持具１６は、第２主軸３に把持された状態で加工され、製造される。

前記ステップＳ２の１次加工は、まず図５（Ａ）に示されるように、第１主軸１に把持された棒材９の先端中心に凹部１８を加工し、次に図５（Ｂ）に示されるように、前記棒材９を製品の加工に必要な長さ突出させ、支持具１６の先端が凹部１８に収容当接するように、第２主軸３をＺ３軸方向に移動させ、第１主軸１に把持された棒材９の先端を支持具１６によって回転自在に支持する。次に図５（Ｃ）に示されるように、前記棒材９を支持具１６によって支持した状態で、第１刃物台７の加工工具７Ａによって所定の形状に加工する。これにより一次製品が加工される。

ステップＳ２での１次加工は、前記棒材９の先端が支持具１６によって支持されているため、前記棒材９の第１主軸１からの突出長さが比較的長い場合であっても、安定して加工を行うことができ、高精度の加工を行うことができる。

特に支持具１６は第２主軸３に把持されて製造されるため高精度であり、且つ支持具１６の軸線と前記両主軸１，３の軸線とが高精度で一致するため、ステップＳ２での加工精度がより向上する。また前記１次加工に際して予め支持具を作製して準備しておく必要がないため、上記加工を容易に行うことができる。

前記ステップＳ３の支持具１６の排出は、図６に示されるように、前記支持具１６と前記棒材９とが離反するように第２主軸をＺ３軸方向に移動させ、前記ノックアウト棒１４を第２主軸３の先端に向かって移動させ、第２主軸３のチャック１２を開くことによって、支持具１６を第２主軸３の先端から押し出して排出を行う。前記ノックアウト棒１４は、前記支持具１６を前記第２主軸２から排出させる支持具排出手段を構成している。

前記ステップＳ４の２次加工は、まず前記制御装置１０を材料受け渡し手段として機能させ、図７（Ａ），（Ｂ）に示されるように、前記一次製品９’（第１主軸１で加工が完了した棒材９の一部）を突っ切り、第２主軸３に材料して受け渡す。なお該一次製品９’の受け渡しは、前記同様であるため詳細な説明は割愛する。次に図７（Ｃ）に示されるように、前記一次製品９’に第２刃物台８の加工工具８Ａにより所定の加工を行い、製品加工を完了し、図８に示されるように、前記ノックアウト棒１４によって製品回収を行う。

以上のように第２主軸３に棒材９の先端を支持する支持具１６を設けて第１主軸１での加工（１次加工）を行うため、心押し台や支持具１６を保持する支持具専用の支持台等の特殊で高価な特別な機構や設備が不要であり、簡単に材料の端部を支持して安定して高精度に加工を行うことができる。

また１つの製品を加工する際に、該製品の加工に使用する支持具１６を製品加工毎に製造し、２次加工（第２主軸３での加工）前に、第２主軸３から排出するように構成することによって、２次加工が必要な製品を加工する場合も、加工上の制約の発生を抑制し、心押し台等の特別な機構を設けることなく、第２主軸３を使用して連続的に材料の端部を支持して前記加工を行うことができる。

なお前記ステップＳ１において、前記支持具加工部１７の先端部分の外形切削加工を行い、支持具加工部１７の第２主軸３に把持される部分の径を、前記ステップＳ４での加工を行う際に、前記一次製品９’の第２主軸３に把持される部分の径と同一にすることによって、第２主軸３のチャック１２を交換することなく、連続的に支持具１６と前記一次製品９’の第２主軸３での把持を交互に行うことができる。

また前記支持具１６は製品と同一の材料（棒材９）から製造されるため、前記１次加工時の支持が安定するほか、排出された支持具１６を切削屑とともに処理することができ、支持具１６の処理を容易に行うこともできる。

本実施形態では、２次加工を行う場合について説明したが、２次加工が不要な場合は、棒材９の先端を支持具加工部とし、１本の棒材の１回目のみ支持具１６を加工して第２主軸３に設けることによって、当該支持具１６を連続的に使用することで、棒材９から複数の製品を加工することができる。この場合も支持具１６を第２主軸３で加工することによって予め支持具を準備する必要がなく、簡単な構成で材料を支持し、高精度な加工等を行うことができる。

また本実施形態では、第２主軸３を、第１主軸１に対向する対向軸として、支持具１６の把持を行う例について説明したが、第２主軸３を有さない自動旋盤の場合は、前記第１主軸１に対向し、前記第２主軸と同様に、前記支持具１６の加工を行うことができる対向軸を設けることによって、本発明の自動旋盤とすることができる。ただし第２主軸３を有する自動旋盤の場合は、自動旋盤の構成を特に変更することなく、本発明の自動旋盤とすることができる。

なお上記実施形態では、第１主軸台２がベッド６上でＺ１軸方向に一体的に固定されて
いる例について説明したが、前記第１主軸台２を、前記Ｚ１軸方向に移動自在に設け、前記第１主軸１の対向側に、ガイドブッシュを設けたいわゆるガイドブッシュ型旋盤とすることもできる。

この場合第１主軸１（第１主軸台２）がＺ１軸方向に移動するため、第２主軸３（第２主軸台４）をＺ２軸方向に、第１主軸１と同期して移動させることによって、第１主軸に把持される材料の先端を、支持具１６で支持しながら、ガイドブッシュを使用して１次加工等を行うことができる。

１第１主軸（主軸）
３第２主軸（対向軸）
９棒材（材料）
１４ノックアウト棒（支持具排出手段）
１６支持具
１７支持具加工部

Claims

加工用の材料を把持する主軸（１）と、該主軸（１）に対向する対向軸と、前記材料を加工する加工工具と、前記主軸（１）と前記対向軸と前記加工工具とを制御する制御手段（１０）とを備え、該制御手段（１０）が、前記主軸（１）に把持された材料から予め定められた形状の製品を加工するように前記制御を行う製品加工手段として機能するように構成され、前記主軸（１）に把持された材料の端部を支持する支持具（１６）を前記対向軸に装着して設け、前記製品加工手段が、前記材料を、前記支持具（１６）によって支持させて前記製品に加工するように構成された工作機械において、前記主軸（１）に把持された材料の先端部分に、支持具加工用の支持具加工部（１７）を設け、前記制御手段（１０）が、前記支持具加工部（１７）を前記材料から突っ切り、前記対向軸に受け渡すように前記制御を行う支持具加工部受渡し手段として機能するように構成され、且つ該支持具加工部受渡し手段によって前記対向軸に受け渡されて把持された前記支持具加工部（１７）を加工して前記支持具（１６）を製作するように前記制御を行う支持具加工手段として機能するように構成され、前記製品加工手段が、前記支持具加工部（１７）が突っ切られた後の材料を、前記支持具加工手段によって製作されて、前記対向軸への把持が維持された状態の前記支持具（１６）によって支持させ、前記製品に加工するように構成された工作機械。
前記制御手段（１０）が、前記主軸（１）に把持され、前記支持具加工手段によって製作された前記支持具（１６）で支持された材料が加工されて形成された一次製品を、前記主軸（１）から前記対向軸に把持させて受け渡すように制御を行う材料受渡し手段として機能するように構成され、前記支持具（１６）を前記対向軸から排出させる支持具排出手段（１４）を設け、前記支持具排出手段（１４）と前記材料受渡し手段とを、前記主軸（１）での前記一次製品の加工完了後、前記支持具排出手段（１４）によって前記支持具（１６）を前記対向軸から排出させて、前記材料受渡し手段によって前記対向軸に前記主軸（１）から前記加工済みの一次製品を受け渡すように連係させ、前記製品加工手段が、前記材料受渡し手段によって前記対向軸に受け渡された前記一次製品を、前記対向軸で２次加工するように構成された請求項１の工作機械。
前記主軸（１）に対向する２次加工用の第２主軸（３）を備え、前記対向軸が前記第２主軸（３）からなる請求項１又は２の工作機械。
前記材料が、複数の製品を加工することができる長尺の棒材（９）からなる請求項１又は２又は３の工作機械。
主軸（１）に把持された材料を前記主軸（１）に対向する対向軸に保持させ、前記材料の先端部分を突っ切って、前記対向軸に受け渡し、支持具加工部（１７）として前記対向軸に把持させ、前記対向軸に把持された支持具加工部（１７）を主軸（１）に把持された材料の端部を支持する支持具（１６）に加工し、前記支持具加工部（１７）が突っ切られた後に、前記主軸（１）に把持された前記主軸（１）側の材料を、該主軸（１）で把持した状態で、前記対向軸に把持された状態の支持具（１６）によって支持して加工する材料の加工方法。
前記支持具加工部（１７）が突っ切られた後に、前記主軸（１）に把持された材料を、前記対向軸に把持された支持具（１６）によって支持して、前記主軸（１）で一次製品に加工し、該一次製品への加工が完了した後、前記支持具（１６）を前記対向軸から排出し、前記一次製品を、前記主軸（１）から前記対向軸に受け渡して、該対向軸に把持させ、前記対向軸で加工する請求項５の材料の加工方法。
前記支持具（１６）を前記対向軸に一度支持させた後は、前記主軸（１）に把持された材料を連続的に前記支持具（１６）に支持させて、連続的に製品加工を行う請求項５の材料の加工方法。