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JP2003011057A - 旋回軸を有するｎｃ工作機械 - Google Patents

旋回軸を有するｎｃ工作機械

Info

Publication number
JP2003011057A
JP2003011057A JP2001201063A JP2001201063A JP2003011057A JP 2003011057 A JP2003011057 A JP 2003011057A JP 2001201063 A JP2001201063 A JP 2001201063A JP 2001201063 A JP2001201063 A JP 2001201063A JP 2003011057 A JP2003011057 A JP 2003011057A
Authority
JP
Japan
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tool
axis
swivel
shaft
spindle unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001201063A
Other languages
English (en)
Inventor
Masaaki Mitsuzono
園 正 昭 満
Kenji Miura
浦 健 司 三
Yutaka Tsukida
田 豊 槻
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shibaura Machine Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Machine Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Machine Co Ltd filed Critical Toshiba Machine Co Ltd
Priority to JP2001201063A priority Critical patent/JP2003011057A/ja
Priority to TW092202767U priority patent/TW580969U/zh
Priority to US10/184,882 priority patent/US6796878B2/en
Priority to KR10-2002-0037827A priority patent/KR100454184B1/ko
Publication of JP2003011057A publication Critical patent/JP2003011057A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ストロークの制約を受けずに立軸、斜軸を兼
用できる上に、斜軸にした場合の工具測定や工作物と工
具の芯合わせやツルーイングを容易に行えるようにす
る。 【解決手段】 複数の制御軸を有し主軸を有する主軸ユ
ニットが立軸、斜軸を兼用するＮＣ工作機械であって、
前記主軸ユニットを鉛直面上を旋回可能に支持する旋回
軸を有する旋回機構部を備え、前記旋回軸の旋回中心が
工具中心線上で工具先端近傍に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、旋回軸を有するＮ
Ｃ工作機械に係り、特に、工具の取付け姿勢の立軸と斜
軸の切り換えをするための旋回軸を有するＮＣ工作機械
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、レンズ等の光学部品を超精密加工
することのできるＮＣ工作機械が開発されている。この
種の超精密加工用のＮＣ加工機では、工具先端がフラッ
トまたは球形状をした砥石またはエンドミルを用いて、
レンズの凹面を高精度に加工することができる。従来、
レンズ等の凹面を加工するＮＣ加工機には、工具の取付
姿勢が鉛直方向になっている立軸形と、工具の取付姿勢
が傾いた斜軸形のものとがある。
【０００３】図６は、立軸の加工機での加工と、斜軸の
加工機による凹面の加工を模式的に示す図である。図６
（ａ）に示すように、比較的小さな直径のワークＷに立
軸の砥石１を用いて凹面を加工する場合、ワークＷの凹
面の曲率半径が大きくなると、砥石１の取り付いている
軸３が砥石１の半径に対して相対的に太いと、砥石１の
取り付いている軸３とワークＷの凹面の外縁部とが干渉
し合ってしまうため、この軸３にはできるだけ細いもの
を用いる必要がある。しかし、ワークＷが直径３mm以下
ともになると、砥石１の取り付ついている軸３の剛性が
低下して、精密な加工ができなくなる。このため、図６
（ｂ）に示すように、砥石１の取り付いている軸４を斜
めにすることで、ワークＷとの干渉なしに、剛性の高い
太い軸４で凹面を加工することができる。このため、従
来は、直径が数mmの小さなワークの凹面加工では、軸の
剛性を確保するために、立軸と斜軸とで使い分けを行っ
ている。
【０００４】図７、図８は、加工するワークに応じて立
軸、斜軸の両方に兼用できるようにした従来のＮＣ加工
機を示す図である。このうち図７では、主軸を立軸形と
している。この図７において、参照符号１０はスライド
付きコラム、１２は立軸用の主軸ユニットで、１４は、
取り付けたワークを回転させるためのロータリユニット
である。スライド付コラム１０は、図の紙面に垂直な方
向のＸ軸を制御軸として送られるようになっている。主
軸ユニット１２は、立軸用取付台１６を介しスライド付
コラム１０の案内面にそって上下に移動可能なスライド
１７に着脱自在に取り付けられている。この主軸ユニッ
ト１２を送る制御軸がＹ軸である。ロータリユニット１
４の回転軸の先端部には真空チャック１８が取り付けら
れ、ワークＷは治具１９を介して真空チャック１８に吸
着保持されている。このロータリユニット１４はテーブ
ル２２に設置され、このテーブル２２はＹ軸、Ｘ軸に直
交するＺ軸を制御軸にして送られるようになっている。
なお、図７に示す主軸ユニット１２は、主軸２０の駆動
装置を内蔵しており、この主軸２０の先端には砥石やエ
ンドミルなどの工具が装着されている。
【０００５】これに対して、図８は、主軸を斜軸形に変
更したもので、図７の立軸用の主軸ユニット１２を斜軸
用の主軸ユニット２４に交換することで斜軸に変更する
ことができる。この場合、斜軸用の主軸ユニット２４
は、斜軸用取付台２５を介してスライド１７に着脱自在
に取り付けられている。
【０００６】このような従来のＮＣ加工機によれば、立
軸用の主軸ユニット１２、斜軸用の主軸ユニット２４を
交換することで、スライド付コラム１０、ロータリユニ
ット１４などの機械の他の部分は、そのままに立軸、斜
軸のいずれにの型式でワークＷに凹面を精密加工するこ
とが可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この種のＮＣ加工機で
は、加工に先だって工具長や工具径、加工点を測定する
必要がある。工具の加工点を正確に把握して主軸を位置
制御するためには、工具長や工具径等は不可欠なデータ
であるからである。立軸の場合には、工具長や工具径の
計測は容易であるが、斜軸になると、工具の取付姿勢が
斜めになるために、主軸２０に工具を装着した状態で正
確に工具径、加工点を正確に機上で測定することは容易
なことではない。
【０００８】このため、斜軸の場合は、既に工具径など
が測定された工具を取り付け、その工具径でＮＣデータ
を作成し、工作物と工具との芯合わせを試行錯誤を経て
経験的な感に基づいて行っているのが現状である。
【０００９】また、工具測定以外にも斜軸の場合には、
砥石の取付姿勢が斜めであるために、精密にツルーイン
グすることが非常に難しいという問題がある。特に、砥
石が偏心しているような場合には、偏心を修正するツル
ーイングが非常に困難になる。
【００１０】さらに、図７、図８において、真空チャッ
ク１８の端面からスライド付コラム１０のスライド１７
までの距離をＬ、真空チャック１８の端面から工具中心
までの距離をＬ1、工具中心からスライド１７までの距
離をＬ2とする。斜軸にすると、立軸に比べて真空チャ
ック１８の端面から工具中心までの距離をＬ1が大幅に
短くなる。したがって、斜軸にしたときのＺ軸のストロ
ークを一定距離に確保するためには、機械全体を大きく
しなければならないか、あるいは、スライド付コラム１
０を交換しなければならないことになる。
【００１１】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、ストロークの制約を受けずに立
軸、斜軸を兼用できる上に、斜軸にした場合の工具測定
や工作物と工具の芯合わせやツルーイングを容易に行え
るようにした旋回軸を有するＮＣ工作機械を提供するこ
とにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、複数の制御軸を有し主軸を有する主軸
ユニットが立軸、斜軸を兼用するＮＣ工作機械であっ
て、前記主軸ユニットを鉛直面上を旋回可能に支持する
旋回軸を有する旋回機構部を備え、前記旋回軸の旋回中
心が工具中心線上で工具先端近傍にあることを特徴とす
るものである。
【００１３】本発明の好適な実施形態によれば、前記旋
回軸を有する旋回機構部は、コラムの側面の案内に沿っ
て上下動するスライドに取付ブラケットを介して取り付
けられ、前記旋回機構部は、前記主軸ユニットが固定さ
れ前記旋回軸と連結された主軸ユニットブラケットと、
前記取付ブラケットに固定され前記旋回軸を水平に支持
する軸受と、前記主軸ユニットを立軸位置と斜軸位置と
にそれぞれ位置決めする位置決め手段と、を具備する。
【００１４】本発明は、さらに、小径の工作物を保持可
能なチャックを有し当該工作物をその中心線上で回転さ
せるロータリユニットをテーブル上に備え、２軸合成送
りにより工作物に凹面を加工する凹面精密加工用の工作
機械であることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明による旋回軸を有す
るＮＣ工作機械の一実施形態について、添付の図面を参
照しながら説明する。図１は、本実施の形態による旋回
軸を有するＮＣ工作機械を示す斜視図で、図２は、図１
におけるＺ矢視方向からの斜視図である。
【００１６】図１、図２において、参照符号３０は、Ｎ
Ｃ工作機械の全体を示している。この実施形態では、こ
のＮＣ工作機械３０は、レンズなどの精密光学部品の凹
面を砥石やエンドミルなどの工具で加工できる精密加工
機である。３１は機械本体のベッドである。３２はスラ
イド付きコラム、３４は主軸ユニットである。図１で
は、この主軸ユニット３４は、立軸の鉛直姿勢から４５
度旋回しており、斜軸に切り替わっている。３６は、取
り付けたワークＷを回転させるためのロータリユニット
である。
【００１７】スライド付コラム３２はコラム台３７に設
置されており、このコラム台３７は、ベッド３１の上面
に設けられた案内３８ａ、３８ｂの沿って移動すること
ができる。このスライド付コラム３２を送る制御軸がＸ
軸で、３９は、Ｘ軸送り機構を駆動するサーボモータで
ある。
【００１８】主軸ユニット３４は、旋回軸（図１、図２
では図示されていない）を有する旋回機構部４０によっ
て鉛直面上を旋回自在に支持される構造になっている。
この旋回機構部４０は、主軸ユニット３４が取り付けら
れるとともに図示しない旋回軸と連結されている主軸ユ
ニットブラケット４１と、旋回軸を支持する軸受４２を
備えている。図１に示されるように、主軸ユニット３４
と主軸ユニットブラケット４１は一体で旋回し、この実
施形態では、取付ブラケット４３に設けた位置決めブロ
ック６０ａ、６０ｂの間で４５度旋回可能になってい
る。位置決めブロック６０ａは、主軸ユニット３４を立
軸位置に位置決めし、位置決めブロック６０ｂは、主軸
ユニット３４を４５度傾いた斜軸位置に位置決めする。
軸受４２は、取付ブラケット４３を介してスライド付コ
ラム３２の側面に配置されたスライド４４に取り付けら
れている。したがって、旋回機構部４０および主軸ユニ
ット３４は一体でユニット化したものを、スライド付コ
ラム３２の側面に設けられた案内面にそって上下に移動
可能なスライド４４に取付ブラケット４３を介して取り
付けることができるようになっている。この主軸ユニッ
ト３４を上下に送る制御軸がＹ軸で、４５がこのＹ軸送
り機構を駆動するサーボモータである。なお、旋回機構
部４０の旋回軸の詳細については後述する。
【００１９】ロータリユニット３６は、回転駆動用モー
タ３６ａを有するとともにその回転軸の先端部には真空
チャック４６が取り付けられ、ワークＷは治具４７を介
して真空チャック４６に吸着保持されている。このロー
タリユニット３６の場合、直径２〜５mm程度のワークＷ
を真空チャック４７で同軸上に正確に保持することがで
きる。ロータリユニット３６は、テーブル４８に固定さ
れ、このテーブル４８は、上面に案内４９ａ、４９ｂを
有するテーブルベース５０の上に設置されており、案内
４９ａ、４９ｂに沿ってＸ軸、Ｙ軸に直交する方向に移
動可能である。このテーブル４８を送る制御軸がＺ軸
で、５２がこのＺ軸送り機構を駆動するサーボモータで
ある。
【００２０】次に、図３は、主軸ユニット３４を正面か
ら表した図である。主軸ユニット３４は、主軸５４の駆
動装置を内蔵した在来のもので、この主軸５４の先端に
はコレットチャック５５を介して工具が装着される。工
具としては、砥石の他、エンドミルなども装着すること
ができる。
【００２１】この図３において、参照符号６０が上述し
た旋回機構部４０の旋回軸である。この旋回軸６０の旋
回中心は、図４に示すように、工具中心線上で工具先端
近傍に位置するように設定されている。図５は、旋回軸
６０を支持する軸受４２の断面を示す図である。旋回軸
６０の先端部は、主軸ユニット３４が取り付けられる主
軸ユニットブラケット４１に固着されている。なお、本
実施形態の旋回機構部４０では、旋回用の駆動源を特に
設けておらず、手動で旋回させる構成としているが、シ
リンダ等のアクチュエータあるいは電動機を用いて旋回
させるようにしてもよい。
【００２２】本実施の形態は、以上のように構成される
ものであり、次に、その作用並びに効果について説明す
る。図３において、主軸ユニット３４を立軸として使用
する場合は、実線で示す鉛直な姿勢にし、主軸ユニット
ブラケット４１の左側縁部を位置決めブロック６０ａに
突き当てて図示しないクランプで固定すればよい。ま
た、斜軸として使用する場合は、２点鎖線で示すよう
に、旋回軸６０を旋回中心として主軸ユニットブラケッ
ト４１ごと主軸ユニット３４を４５度旋回させ、主軸ユ
ニットブラケット４１の右側縁部を位置決めブロック６
０ｂに当接させ、図示しないクランプで固定すればよ
い。なお、図３からはっきりわかるように、主軸ユニッ
ト３４の旋回中心を工具中心線上で工具先端近傍に設定
しているので、旋回の前後で、治具４７の端面から工具
中心までの距離をＬ1がほとんど変化しないようにする
ことができる。このため、ワークＷのＺ軸の送りストロ
ークが短くなる従来の欠点を解消することができる。
【００２３】本実施の形態の加工機では、例えば、直径
３mm以上のワークＷに凹面（球面、軸対称非球面、非軸
対称非球面などを含む）を加工する場合には、図６
（ａ）に示したように、主軸ユニット３４を立軸にし
て、ワークＷを回転させながら２軸合成送りにより砥石
で加工を行うことができる。直径３mm未満のワークＷに
凹面を加工する場合には、図６（ｂ）に示したような斜
軸での加工を行うことができる。このような立軸と斜軸
の切換は容易に行うことができる。したがって、ワーク
Ｗの大きさに応じて、一台の機械で立軸と斜軸に切り換
え、砥石の取り付ついている軸の剛性を確保しながら精
密な加工をすることが可能となる。
【００２４】次に、図４に基づいて、加工開始に先立っ
て行う工具測定と、斜軸で加工する場合の工作物との芯
合わせおよびツルーイングについて説明する。
【００２５】図４において、Ｏが旋回中心、Ｒが工具半
径、ＹがワークＷの中心から旋回中心Ｏまでの距離、Ｈ
がワークＷの中心から工具先端までの距離である。
【００２６】測定は、図４（ａ）のように主軸ユニット
３４を立軸にして工具を垂直にした状態で行う。ワーク
Ｗの中心の位置、旋回中心の位置および工具軸の中心の
位置の測定は、既知の校正用ジグにより測定する。
【００２７】また、工具径については、レーザー発信ユ
ニット６５ａ、レーザー受信ユニット６５ｂからなる非
接触測定装置６４により計測する（図１参照）。この場
合、工具を送りながら、レーザー受信ユニット６５ｂが
受信するレーザーがさえぎられたＸ軸上の位置が図示し
ない数値制御に送出され、工具径が自動計測されるよう
になっている。なお、工具径の測定には接触形の装置を
用いてもかまわない。
【００２８】次いで、主軸ユニット３４を旋回させ工具
を斜めにした姿勢にする。このとき、工具の加工点はＰ
である。ここで、旋回角度をθとし、ワークＷの中心か
ら加工点Ｐまでの距離をＹh、旋回中心Ｏから加工点ま
での距離をＸrとすると、Ｙh、Ｘrは、次の式で表され
る。
【００２９】 Ｘr＝Ｒcosθ−（Ｈ−Ｙ）sinθ …（１） Ｙh＝Ｙ＋（Ｈ−Ｙ）cosθ＋Ｒsinθ …（２） したがつて、上述の測定したＨ、Ｒ、θからＹh、Ｘrを
求めることができる。そして、Ｙ軸、Ｘ軸についてＹ
h、Ｘrだけ工具を移動させることにより、ワークＷの中
心に工具の加工点Ｐを一致させる作業を自動化して容易
にかつ精度良く行うことができる。
【００３０】さらに、本発明では、旋回中心が工具中心
線上で工具先端近傍に設定されているので、（Ｈ−Ｙ）
の値が小さいため、したがつて測定誤差の絶対値が可及
的に小さくなるので、精度の高くＹh、Ｘrを算出するこ
とができる。
【００３１】次に、斜軸で加工する途中でのツルーイン
グについて説明する。砥石が偏心してしまった場合、ツ
ルーイングが必要になると、立軸に切り換えて整形すれ
ば、簡単に偏心を修正することができる。その後、斜軸
に切り換えれば、ツルーイングの前後では、加工点が変
わることなく、加工を継続することが可能となる。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ストロークの制約を受けずに立軸、斜軸を兼
用できる上に、斜軸にした場合の工具測定や工作物と工
具の芯合わせやツルーイングを容易に行え、特に、小径
の工作物に凹面の高精度の加工に大きく貢献するもので
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態によるＮＣ工作機械を示す
斜視図。
【図２】図１におけるII矢視方向から表した斜視図。
【図３】主軸ユニットを正面から示す正面図。
【図４】主軸ユニットの旋回中心の位置を説明する図。
【図５】旋回軸を支持する軸受の断面図。
【図６】小径のワークに凹面を加工する場合の立軸と斜
軸の使い分けについて説明する図。
【図７】従来の立軸、斜軸兼用の工作機械で立軸にした
工作機械の側面図。
【図８】従来の立軸、斜軸兼用の工作機械で斜軸にした
工作機械の側面図。
【符号の説明】
３０ ＮＣ工作機械 ３１ ベッド ３２ スライド付きコラム ３４ 主軸ユニット ３６ ロータリユニット ３７ コラム台 ４０ 旋回機構部 ４１ 主軸ユニットブラケット ４２ 軸受 ４６ 真空チャック ６０ 旋回軸
フロントページの続き (72)発明者 槻 田 豊 静岡県沼津市大岡2068の３ 東芝機械株式 会社内 Ｆターム(参考） 3C029 AA25 AA26 3C034 AA19 BB01 CB08 3C045 BA13 BA40 HA06 3C048 BB11 DD12 DD22

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数の制御軸を有し主軸を有する主軸ユニ
    ットが立軸、斜軸を兼用するＮＣ工作機械であって、前
    記主軸ユニットを鉛直面上を旋回可能に支持する旋回軸
    を有する旋回機構部を備え、前記旋回軸の旋回中心が工
    具中心線上で工具先端近傍にあることを特徴とする旋回
    軸を有するＮＣ工作機械。
  2. 【請求項２】前記旋回軸を有する旋回機構部は、コラム
    の側面の案内に沿って上下動するスライドに取付ブラケ
    ットを介して取り付けられ、前記旋回機構部は、前記主
    軸ユニットが固定され前記旋回軸と連結された主軸ユニ
    ットブラケットと、前記取付ブラケットに固定され前記
    旋回軸を水平に支持する軸受と、前記主軸ユニットを立
    軸位置と斜軸位置とにそれぞれ位置決めする位置決め手
    段と、を具備することを特徴とする請求項１に記載の旋
    回軸を有するＮＣ工作機械。
  3. 【請求項３】小径の工作物を保持可能なチャックを有し
    当該工作物をその中心線上で回転させるロータリユニッ
    トをテーブル上に備え、２軸合成送りにより工作物に凹
    面を加工する凹面精密加工用の工作機械であることを特
    徴とする請求項１または２に記載の旋回軸を有するＮＣ
    工作機械。
  4. 【請求項４】工作物中心から立軸姿勢にある工具の端面
    までの距離および工具径を測定し、測定データを数値制
    御装置に出力する測定手段を備えることを特徴とする請
    求項１に記載の旋回軸を有するＮＣ工作機械。
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