JP7261678B2

JP7261678B2 - 工作機械及び加工方法

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Publication number: JP7261678B2
Application number: JP2019125403A
Authority: JP
Inventors: 敏之鈴木; 春彦御園
Original assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Machinery Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2023-04-20
Anticipated expiration: 2039-07-04
Also published as: CN113950384A; KR20220023986A; TW202103832A; US12251763B2; TWI790446B; KR102632289B1; CN113950384B; JP2021010959A; EP3995239A4; WO2021002133A1; US20220234112A1; EP3995239A1

Description

本発明は、工作機械及び加工方法に関する。

２つのワーク同士を接合する工作機械が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０－２６９３６４号公報

主軸から突出するワークをガイドする支持部を設けた工作機械が知られている。このような工作機械において、２つのワーク同士を接合した接合ワークを加工する場合、２つのワークが偏心して接合されている場合には、接合部が支持部を通過することができず、円滑に加工を行うことができない場合があり得る。

本発明は、上記課題を鑑みて成されたものであり、その目的は、接合ワークが偏心している場合でも円滑に加工することができる工作機械及び加工方法を提供することにある。

本発明の第１の態様における工作機械は、２つのワーク同士の接合部を有する接合ワークを把持する把持部と、該把持部に把持された前記接合ワークを支持する支持部とを有し、前記接合ワークを前記支持部によって所定幅の内周面で支持し、前記把持部によって回転させて加工する工作機械であって、前記接合部が前記支持部から突出した前記接合ワークを構成する一方の第１ワークを前記把持部で把持して前記接合ワークの前記接合部から前記接合ワークを構成する他方の第２ワークの側に向かう所定の領域を、前記所定幅以上の範囲に亘って前記第１ワークの外径以下の外径に加工するように、前記接合ワークの前記接合部の処理を制御する接合部処理制御手段と、前記第１ワークが前記支持部に支持された状態から、前記第２ワークが前記支持部に支持された状態となるまで、前記接合ワークを前記支持部に対して摺動させるように、前記接合ワークの移動を制御する移動制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の第１の態様における工作機械は、上記構成において、前記支持部を備えるガイドブッシュを有するのが好ましい。

本発明の第１の態様における工作機械は、上記構成において、前記把持部を備える主軸と、前記主軸とは別の主軸とからなる互いに対向する２つの主軸と、前記２つの主軸で前記２つのワークを１つずつ把持して、前記第１ワークが前記支持部に支持された状態で前記２つのワークを接合し、前記接合ワークとするように、前記２つのワークの接合を制御する接合制御手段とを有するのが好ましい。

本発明の第２の態様における工作機械は、２つのワーク同士の接合部を有する接合ワークを把持する開閉可能な把持部と、前記接合ワークを構成する一方の第１ワークを把持して、前記把持部から突出する接合部が、開放状態の前記把持部内側に引込まれるように前記接合ワークを移動させるワーク供給部とを有し、前記ワーク供給部によって引込まれた前記接合ワークを前記把持部の所定幅の内周面で把持して加工する工作機械であって、前記接合部を前記把持部から突出させて前記第１ワークを前記把持部で把持して、前記接合ワークの前記接合部から前記接合ワークを構成する他方の第２ワークの側に向かう所定の領域を、前記所定幅以上の範囲に亘って前記第１ワークの外径以下の外径に加工するように、前記接合ワークの前記接合部の処理を制御する接合部処理制御手段と、開放状態の前記把持部から突出する前記第２ワークが、前記把持部内に収容されに支持されるまで、前記接合部処理制御手段によって前記接合部が処理された前記接合ワークを前記ワーク供給部で把持して前記把持部に対して摺動させるように、前記接合ワークの移動を制御する移動制御手段とを有することを特徴とする。

本発明の加工方法は、２つのワーク同士の接合部を有する接合ワークを把持する把持部と、該把持部に把持された前記接合ワークを支持する支持部とを有し、前記接合ワークを前記支持部によって所定幅の内周面で支持し、前記把持部によって回転させて加工する工作機械を用いる加工方法であって、前記接合部が前記支持部から突出した前記接合ワークを構成する一方の第１ワークを前記把持部で把持して、前記接合ワークの前記接合部から前記接合ワークを構成する他方の第２ワークの側に向かう所定の領域を、前記所定幅以上の範囲に亘って前記第１ワークの外径以下の外径に加工するように、前記接合ワークの前記接合部の処理を制御する接合部処理制御ステップと、前記第１ワークが前記支持部に支持された状態から、前記第２ワークが前記支持部に支持された状態となるまで、前記接合ワークを前記支持部に対して摺動させるように、前記支持部による前記接合ワークの移動を制御する移動制御ステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、接合ワークが偏心している場合でも円滑に加工することができる工作機械及び加工方法を提供することができる。

本発明の一実施の形態である工作機械の構成を概略で示す説明図である。ワークに所定の加工を行っている状態を簡略化して示す説明図である。ワークから製品を加工した状態を簡略化して示す説明図である。ワークの加工が完了し、ワークが旧材となった状態を簡略化して示す説明図である。旧材としての第２ワークを正面主軸から背面主軸に受け渡すとともに、正面主軸に新材としての第１ワークを供給した状態を簡略化して示す説明図である。第２ワークと第１ワークとの端面同士を摩擦圧接により接合し、接合ワークとした状態を簡略化して示す説明図である。接合部を処理した状態を簡略化して示す説明図である。接合ワークを正面主軸で把持してガイドブッシュの支持部に対して互いに摺動させ、接合部が支持部を通過した状態を簡略化して示す説明図である。接合ワークをさらに摺動させ、第２ワークが支持部に支持された状態を簡略化して示す説明図である。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態である工作機械及び加工方法について詳細に例示説明する。

図１に示す工作機械１は、ワークＷを加工する自動旋盤（ＣＮＣ旋盤）であり、互いに対向する２つの主軸として、正面主軸１０と背面主軸２０とを有している。

２つのワークＷは、それぞれ中心軸線Ｏを有するとともに中心軸線Ｏに沿って長尺状に延在する棒材であり、互いに同等の外径を有している。２つのワークＷは、それぞれ円柱状をなしているが、これに限らず、例えば正多角柱状をなしていてもよい。２つのワークＷは、それぞれ中実の棒材であるが、これに限らず、中空の棒材であってもよい。２つのワークＷは、それぞれ金属材料からなっているが、これに限らない。

正面主軸１０と背面主軸２０とは、正面主軸１０の中心軸線と背面主軸２０の中心軸線とが平行となるように、互いに対向して配置されている。以下、正面主軸１０と背面主軸２０の中心軸線に平行な方向をＺ軸方向とし、Ｚ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸方向及びＸ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。

基台２上には、例えばボールネジ機構等の正面側移動機構３によってＺ軸方向に移動可能に正面主軸台１１が設置されている。正面主軸１０は、正面主軸台１１にワークＷを把持して回転可能に支持され、主軸モータによって回転駆動される。主軸モータとしては、例えば、正面主軸台１１の内部において、正面主軸台１１と正面主軸１０との間に構成されるビルトインモータを採用することができる。

基台２上には、例えばボールネジ機構等の背面側移動機構４によってＺ軸方向に移動可能に背面主軸台２１が設置されている。背面主軸２０は、背面主軸台２１にワークＷを把持して回転可能に支持され、主軸モータによって回転駆動される。主軸モータとしては、例えば、背面主軸台２１の内部において、背面主軸台２１と背面主軸２０との間に構成されるビルトインモータを採用することができる。

背面側移動機構４と背面主軸台２１との間にＹ軸移動機構を設置し、背面主軸２０をＹ軸方向に移動させるように構成することもできる。

正面主軸１０の先端には、正面チャック１２が開閉可能に設けられている。正面チャック１２は、チャックスリーブ１３の内側に収容されている。正面チャック１２は、チャックスリーブ１３が正面主軸１０の先端側に向けてスライド移動すると閉じられ、チャックスリーブ１３が正面主軸１０の基端側に向けてスライド移動すると開かれる。正面主軸１０は、正面チャック１２を開いた開放状態としてワークＷを挿入し、正面チャック１２を閉じた閉止状態とすることによってワークＷを把持することができる。

背面主軸２０の先端には、背面チャック２２が開閉可能に設けられている。背面チャック２２は、チャックスリーブ２３の内側に収容されている。背面チャック２２は、チャックスリーブ２３が背面主軸２０の先端側に向けてスライド移動すると閉じられ、チャックスリーブ２３が背面主軸２０の基端側に向けてスライド移動すると開かれる。背面主軸２０は、背面チャック２２を開いた開放状態としてワークＷを挿入し、背面チャック２２を閉じた閉止状態とすることによってワークＷを把持することができる。

正面主軸１０と背面主軸２０との間には、ガイドブッシュ３０が設けられている。ガイドブッシュ３０は、基台２に設置されたガイドブッシュ支持台３１に装着され、正面主軸１０と同軸に配置されている。本実施の形態では、ガイドブッシュ３０は、所定幅Ｓｗの内周面で形成される支持部８０を有している。支持部８０は、ガイドブッシュ３０がガイドブッシュ支持台３１に対してＺ軸方向に位置調節されることで、ワークＷを回転可能且つＺ軸方向に摺動可能に支持することができるように、ワークＷの外径に対応した内径に調節される。ガイドブッシュ３０は支持可能なワークＷの径に応じてサイズが異なり、所定幅Ｓｗは、ガイドブッシュのサイズに応じて、例えば５～１００ｍｍ程度に、ワークＷの外径に応じて適宜設定される。

工作機械１は、ワークＷを加工する工具４１を備える加工部４０を有している。工具４１は、正面主軸１０に把持され回転させられたワークＷに対し、Ｘ軸方向への移動により切り込み、正面主軸１０（正面主軸台１１）のＺ軸方向への移動により送られる。すなわち、Ｘ軸方向が切り込み方向となり、Ｚ軸方向が送り方向となる。工具４１は刃物台４２に保持されている。刃物台４２は、工具４１がガイドブッシュ３０の前方に配置され、ガイドブッシュ支持台３１にＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に支持されている。刃物台４２のＺ軸方向の位置は一定である。刃物台４２には、工具４１として、例えば外径切削バイトや突っ切りバイトなどが搭載されており、各工具４１は、刃物台４２の例えばＹ軸方向への移動により、加工内容に応じて適宜切り替えられる。

工作機械１の正面主軸１０の後方にバーフィーダで構成されるワーク供給部５０が配置されている。ワーク供給部５０は、ワークＷの後端を把持するフィンガー５１と、フィンガー５１をＺ軸方向に駆動する駆動ロッド５２とを有している。ワーク供給部５０は、正面主軸１０に新材としてのワークＷを順次供給することができる。ワーク供給部５０は、所定の加工及び突っ切り加工が行われる毎に、ワークＷを繰り出すことができる。

工作機械１は、制御部６０を有している。制御部６０は、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）等のプロセッサとメモリとを有するコンピュータで構成することができる。制御部６０は、正面主軸台１１、正面主軸１０（正面チャック１２を含む）、背面主軸台２１、背面主軸２０（背面チャック２２を含む）、ガイドブッシュ３０、加工部４０及びワーク供給部５０の各作動を統合制御することができる。

次に、上記構成を有する工作機械１を用いたワークＷの加工方法の一例である、本発明の一実施の形態としての加工方法について例示説明する。工作機械１の各部が制御部６０によって統合制御されることにより行われる。

図２～図３に示すように、制御部６０は、連続加工制御手段としての機能による連続加工制御ステップによって、正面主軸１０で把持したワークＷを回転させて、加工部４０の工具４１で所定の加工（除去加工）及び突っ切り加工を交互に連続的に行い、ワークＷから所定の長さの製品Ｐを所定の個数連続して得るようにワークＷの加工を制御する。ワークＷは、ガイドブッシュ３０に挿通され、支持部８０によって所定幅Ｓｗに亘って支持されてガイドブッシュ３０から突出し、ガイドブッシュ３０から突出した部分で加工が行われる。なお、図２～図９においては、正面主軸１０及び背面主軸２０の全体は図示せずに、正面チャック１２及び背面チャック２２のみを示している。

図４～図６に示すように、制御部６０は、接合制御手段としての機能による接合制御ステップにより、連続加工制御手段によって所定の個数の製品Ｐが加工された後のワークＷ（残材）からなる旧材を第２ワークＷ２として背面主軸２０で把持し、正面主軸１０に供給される新材を第１ワークＷ１として正面主軸１０で把持することによって、正面主軸１０と背面主軸２０とで２つのワークＷを１つずつ把持して、２つのワークＷを摩擦圧接により、１つの接合ワークＷ３として接合するように制御する。なお、摩擦圧接とは、正面主軸１０と背面主軸２０とを相対回転させ、２つのワークＷの端面同士を所定の摩擦圧力で押圧することで２つのワークＷの端面間に摩擦熱を生じさせた後、２つのワークＷの相対回転を停止させて所定のアプセット圧力で押圧することによって端面同士を接合する従来公知の技術であり、詳細な説明は割愛する。

本実施形態において接合制御手段による摩擦圧接は第１ワークＷ１の端部をガイドブッシュ３０から突出させ、第１ワークＷ１が支持部８０に支持された状態として、ガイドブッシュ３０と背面チャック２２との間に第１ワークＷ１の端部と第２ワークＷの端部を配置して行われる。２つのワークＷである第１ワークＷ１と第２ワークＷ２を摩擦圧接によって接合することによって、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２との当接部分は両ワークＷの外周にバリ７１が突出した接合部７０が形成される。

図６～図７に示すように、接合制御ステップが完了すると、次に、制御部６０は、接合部処理制御手段としての機能による接合部処理制御ステップによって、第１ワークＷ１を把持部８１で把持して第１中心軸線Ｏ１を中心に接合ワークＷ３を回転させながら、接合ワークＷ３における２つのワークＷ同士の接合部７０の処理として、接合ワークＷ３の外周面の接合部７０から第２ワークＷ２の側に向かう所定の領域を加工部４０の工具４１でバリ７１を含めて除去加工するように制御する。本実施の形態では、把持部８１は、正面主軸１０の正面チャック１２で構成されている。工具４１によるバリ７１を含めた除去加工は、工具４１を第１ワークＷ１の外周面に当てた状態からＺ軸方向に所定幅Ｓｗ以上の範囲Ｒに亘って、範囲Ｒの終端にテーパ面７２を形成して行われる。

図７～図９に示すように、接合部処理制御ステップが完了すると、次に、制御部６０は、移動制御手段としての機能による移動制御ステップによって、第１ワークＷ１が支持部８０に支持された第１状態（図７参照）から、第２ワークＷ２が支持部８０に支持された第２状態（図９参照）となるまで、接合ワークＷ３を把持部８１で把持して支持部８０に対して摺動させて接合ワークＷ３を支持するように制御する。正面主軸１０は、背面主軸２０が接合ワークＷ３の把持を解除した状態で、接合ワークＷ３の第１ワークＷ１部分を把持して、背面主軸２０から離反するように移動することによって、第１状態から第２状態に接合ワークＷ３を摺動させる。

接合部処理制御ステップによる除去加工によって、範囲Ｒは、バリ７１を含めて、第１ワークＷ１の外周面から突出することなく第１ワークＷ１以下の外径に切削加工されているため、支持部８０と第１ワークＷ１との間の隙間に比較して大きな隙間を介して支持部８０に進入することができる。また、第１ワークＷ１の中心軸線である第１中心軸線Ｏ１と、第２ワークＷ２の中心軸線である第２中心軸線Ｏ２とが互いに対してずれ、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが接合部７０で偏心している場合には、範囲Ｒの第２ワークＷ２の外周面と支持部８０との間にはより大きな隙間が形成されるため、範囲Ｒの終端の部分は、この隙間分第２ワークＷ２が撓むようにしてテーパ面７２に案内されて支持部８０を通過し、これにより第２ワークＷ２が支持部８０に支持される。したがって、本実施の形態によれば、接合ワークＷ３が偏心している場合でも接合部７０が支持部８０を通過することを可能にし、その結果、第１状態から第２状態とすることを可能にすることができる。ただし第２状態において接合ワークＷ３は偏心分僅かに撓んだ状態で支持部８０に支持される。

なお、範囲Ｒでは製品Ｐの加工を行うことができないため、範囲Ｒは接合部７０及び第２ワークＷ２が支持部８０を通過可能となる必要最小限の範囲とするのが好ましく、概ね支持部８０の所定幅Ｓｗと同じ程度とするのが好ましい。

移動制御ステップが完了すると、次に、制御部６０は、連続加工制御ステップに戻り、連続加工制御ステップから移動制御ステップを繰り返す。

以上、説明したように、本実施の形態である加工装置及び加工方法は、接合部７０から第２ワークＷ２の側に向かう所定の領域を、所定幅Ｓｗ以上の範囲Ｒに亘って第１ワークＷ１の外径以下の外径に除去加工することにより、接合ワークＷ３が偏心している場合でも接合部７０が支持部８０を円滑に通過できるようにすることができるので、接合ワークＷ３の円滑な加工を実現することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態では、移動制御ステップにおいて接合ワークＷ３を正面主軸１０の正面チャック１２で把持して支持部８０に対して摺動させるようにしているが、これに限らず、例えば、移動制御ステップにおいて接合ワークＷ３をワーク供給部５０で把持して支持部８０に対して摺動させるようにしてもよい。

また、正面主軸１０の正面チャック１２が所定幅Ｓｗの内周面でワークＷを把持するように構成されている場合には、移動制御ステップにおいて、開放状態の正面チャック１２から突出する第２ワークＷ２が、正面チャック１２内に収容されるまで、接合部処理制御手段によって接合部７０が処理された接合ワークＷ３をワーク供給部５０で把持して正面チャック１２に対して摺動させるようにしてもよい。この場合、ガイドブッシュ３０を設けない構成としてもよい。

前記実施の形態では、摩擦圧接によって接合ワークＷ３を形成するようにしているが、摩擦圧接以外の方法によって接合ワークＷ３を形成するようにしてもよい。また、前記実施の形態では、正面主軸１０と背面主軸２０とを用いて接合ワークＷ３を形成するようにしているが、これに限らず、例えば、正面主軸１０及び背面主軸２０以外の手段によって接合ワークＷ３を形成するようにしてもよいし、予め形成された接合ワークＷ３を工作機械１で加工するようにしてもよい。

１工作機械
２基台
３正面側移動機構
４背面側移動機構
１０正面主軸
１１正面主軸台
１２正面チャック
１３チャックスリーブ
２０背面主軸
２１背面主軸台
２２背面チャック
２３チャックスリーブ
３０ガイドブッシュ
３１ガイドブッシュ支持台
４０加工部
４１工具
４２刃物台
５０ワーク供給部
５１フィンガー
５２駆動ロッド
６０制御部（連続加工制御手段、接合制御手段、接合部処理制御手段、移動制御手段）
７０接合部
７１バリ
７２テーパ面
８０支持部
８１把持部
Ｗワーク
Ｗ１第１ワーク
Ｗ２第２ワーク
Ｗ３接合ワーク
Ｏ中心軸線
Ｏ１第１中心軸線
Ｏ２第２中心軸線
Ｐ製品
Ｓｗ所定幅
Ｒ範囲

Claims

２つのワーク同士の接合部を有する接合ワークを把持する把持部と、該把持部に把持された前記接合ワークを支持する支持部とを有し、前記接合ワークを前記支持部によって所定幅の内周面で支持し、前記把持部によって回転させて加工する工作機械であって、
前記接合部が前記支持部から突出した前記接合ワークを構成する一方の第１ワークを前記把持部で把持して、前記接合ワークの前記接合部から前記接合ワークを構成する他方の第２ワークの側に向かう所定の領域を、前記所定幅以上の範囲に亘って前記第１ワークの外径以下の外径に加工するように、前記接合ワークの前記接合部の処理を制御する接合部処理制御手段と、
前記第１ワークが前記支持部に支持された状態から、前記第２ワークが前記支持部に支持された状態となるまで、前記接合ワークを前記支持部に対して摺動させるように、前記接合ワークの移動を制御する移動制御手段とを有することを特徴とする工作機械。
前記支持部を備えるガイドブッシュを有する、請求項１に記載の工作機械。
前記把持部を備える主軸と、前記主軸とは別の主軸とからなる互いに対向する２つの主軸と、
前記２つの主軸で前記２つのワークを１つずつ把持して前記接合ワークとするように、前記２つのワークの接合を制御する接合制御手段とを有する、請求項１または２に記載の工作機械。
２つのワーク同士の接合部を有する接合ワークを把持する開閉可能な把持部と、前記接合ワークを構成する一方の第１ワークを把持して、前記把持部から突出する接合部が、開放状態の前記把持部内側に引込まれるように前記接合ワークを移動させるワーク供給部とを有し、前記ワーク供給部によって引込まれた前記接合ワークを前記把持部の所定幅の内周面で把持して加工する工作機械であって、
前記接合部を前記把持部から突出させて前記第１ワークを前記把持部で把持して、前記接合ワークの前記接合部から前記接合ワークを構成する他方の第２ワークの側に向かう所定の領域を、前記所定幅以上の範囲に亘って前記第１ワークの外径以下の外径に加工するように、前記接合ワークの前記接合部の処理を制御する接合部処理制御手段と、
開放状態の前記把持部から突出する前記第２ワークが、前記把持部内に収容されるまで、前記接合部処理制御手段によって前記接合部が処理された前記接合ワークを前記ワーク供給部で把持して前記把持部に対して摺動させるように、前記接合ワークの移動を制御する移動制御手段とを有することを特徴とする工作機械。
２つのワーク同士の接合部を有する接合ワークを把持する把持部と、該把持部に把持された前記接合ワークを支持する支持部とを有し、前記接合ワークを前記支持部によって所定幅の内周面で支持し、前記把持部によって回転させて加工する工作機械を用いる加工方法であって、
前記接合部が前記支持部から突出した前記接合ワークを構成する一方の第１ワークを前記把持部で把持して、前記接合ワークの前記接合部から前記接合ワークを構成する他方の第２ワークの側に向かう所定の領域を、前記所定幅以上の範囲に亘って前記第１ワークの外径以下の外径に加工するように、前記接合ワークの前記接合部の処理を制御する接合部処理制御ステップと、
前記第１ワークが前記支持部に支持された状態から、前記第２ワークが前記支持部に支持された状態となるまで、前記接合ワークを前記支持部に対して摺動させるように、前記支持部による前記接合ワークの移動を制御する移動制御ステップとを有することを特徴とする加工方法。