JP4388534B2 - 工作機械の制振装置 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械に関するもので、良好な仕上げ面を有する精度の高い加工を行うことが可能な技術手段に関するものである。

工作機械は、ワークと刃物との相対移動により、ワークを加工するものである。仕上げ面の良好な精度の高い加工を行うためには、ワークと刃物との正確な相対位置関係を維持することが必要である。そのため工作機械の構成部材は、外力による変形が起こらないように剛性の高いものとし、外力がワークの加工精度に影響を及ぼさないように種々の考慮が払われている。

ワークの仕上げ精度を低下させる要因の一つとして、工作機械の振動がある。ワークは通常素材から粗加工、中加工、仕上げ加工という数工程を経て仕上げられる。粗加工においては、切削反力の大きな重切削が行われ、素材の形状にも大きな誤差があるから、加工中に機械に生ずる振動も大きい。しかし、中加工、仕上げ加工と工程が進むにつれて、切削量は少なくなり、機械にかかる切削反力も一定してくるため、機械の振動も小さくなる。従って粗加工時の機械の振動によって生じた加工誤差は、その後の加工によって除去され、良好な精度の加工品が得られるのである。

ところが２主軸対向旋盤のように、１台の機械に複数の加工ステーションがある機械では、第１加工ステーションで粗加工を行い、第２加工ステーションで仕上げ加工を行うことがある。たとえば２主軸対向旋盤では、ローダで供給された素材を第１主軸のチャックで把持して粗加工を行い、それを第２主軸のチャックに受け渡して、第１主軸のチャックで把持されていた部分の加工と仕上げ加工とを行うのである。このような場合、第１主軸側の粗加工で生ずる振動が、第２主軸側に伝播し、第２主軸側で行っている仕上げ加工の精度を低下させるということが起こる。

機械の振動に起因するワークの仕上げ精度の低下を避けるためには、機械側の慣性質量を大きくして振幅を下げるか、あるいは振動源と加工ステーションとの間に振動を吸収する防振部材を介装することが考えられる。しかし前者は、工作機械を不必要に大型化し、機械コストも上昇するので、好ましい対策とはいえない。また後者は、緩衝機能は工作機械に要求される剛性と両立させることが困難な機能であるため、現実には採用することが困難である。

この発明は上記のような問題に鑑み、粗加工と仕上げ加工とが同一機械上で同時に行われることがある複数の加工ステーションを備えた工作機械において、粗加工側の振動が仕上げ加工側に伝播して、仕上げ精度を低下させることを有効に防止することができる技術手段を提供することを課題としている。

この出願の請求項１の発明に係る工作機械の制振装置は、粗加工を行う第１加工ステーション１１と仕上げ加工を行う第２加工ステーション１２とを同一機械上に備えた工作機械の制振装置において、前記第１加工ステーションの構成部材に固定された振動検出器２１と、前記第２ステーションのワーク保持部材又は刃物保持部材に固定された加振器２５とを備え、振動検出器２１の出力信号に基いて加振器２５の駆動電流値を制御することを特徴とする工作機械の制振装置を提供することにより、上記課題を解決したものである。

また、この出願の請求項２の発明に係る工作機械の制振装置は、粗加工を行う第１加工ステーション１１と仕上げ加工を行う第２加工ステーション１２とを同一機械上に備え、前記第２加工ステーションは、ワーク保持部材及び刃物保持部材と、ワークと刃物との相対位置関係を変化させる送りモータと、この送りモータを制御するサーボ制御装置とを備えている工作機械の制振装置において、前記第１加工ステーションの構成部材に固定された振動検出器２１を備え、この振動検出器の出力に基いて前記第２加工ステーションのサーボ制御装置に与える位置信号を補正することを特徴とする工作機械の制振装置を提供することにより、上記課題を解決したものである。

この出願の発明では、振動検出器２１で検出された振動に対する逆位相の振動を仕上げ加工側のワーク保持台や刃物保持台に与えることにより、互いの振動を相殺して仕上げ加工側のワークや刃物の振動を抑止する。粗加工時に生ずる振動は、切削反力が作用する方向に最も大きな振幅が現れるので、当該方向の振動を検出するように振動検出器２１を固定し、当該振動を打ち消すように加振器２５を装着するか、当該方向の位置を制御しているサーボ制御装置の位置信号を補正する。

この発明により、粗加工と仕上げ加工とを平行して行う複数の加工ステーションを備えた工作機械において、ワークの仕上げ精度に影響を及ぼすような振動を除去することが可能である。振動検出器を振動発生源に近い位置に固定しているので、振動を検出するタイミングが早くなり、検出される振動の振幅も大きいから、信号検出及び応答速度の点で有利である。

加振器やサーボ制御装置を振動検出器で検出された細かい振動にまで対応させることは現実には困難であるが、機械の振動は通常振幅の大きな主となる振動に、これより周波数が高く、かつ振幅の小さな振動が重畳しているものがほとんどであるから、主となる振動を制振するように加振器やサーボ制御装置を制御してやれば、振動による仕上げ精度の低下を大幅に軽減できる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１及び図２は、それぞれ第１実施形態及び第２実施形態を示す模式的な平面図で、いずれも２主軸対向旋盤にこの発明を採用した例を示したものである。図の２主軸対向旋盤は、ベッド１（図３参照）と実質上一体の第１主軸台２と、Ｚ軸（主軸方向）及びＸ軸（バイトの切込方向）方向に移動する第１タレット刃物台３と、第１主軸台に対向してＺ軸方向に移動する第２主軸台４と、Ｘ軸方向に移動する第２タレット刃物台５とを備えている。第１主軸６及び第２主軸７は、それぞれ第１主軸台２及び第２主軸台４に軸支されて同一軸線上に位置しており、それらの対向端に第１チャック８及び第２チャック９が装着されている。

図３は、ガントリー型のローダを備えた２主軸対向旋盤を示す模式的な正面図である。図のローダの門形のフレーム５２は、旋盤のベッド１に装着されており、その上桁５３に沿って走行する台車５４を備えている。台車５４には昇降する垂直方向の腕５５が設けられており、その腕の下端にワークを把持するハンド５６が設けられている。

以下、図１ないし図３に基いてローダを備えた２主軸対向旋盤の動作を簡単に説明する。ローダは台車５４の水平移動と腕５５の昇降とによってワークを搬送して、第１チャック８に素材を供給する。第１主軸台と第１タレット刃物台で構成される第１加工ステーション１１において、粗加工と第２チャック９で把持される部分の仕上げ加工とが行われる。次に第２主軸台４が第１主軸台側に移動して第１チャック８から第２チャック９へとワークを受け渡し、第２主軸台が後退した後、第２主軸台と第２タレット刃物台とで構成される第２加工ステーション１２で第１チャック８で把持されていた部分の粗加工と全体の仕上げ加工が行われる。ワークを第２チャック９へ受け渡した後の第１チャック８へは、ローダから次のワークが供給され、第１加工ステーション１１での加工と第２加工ステーション１２での加工が並行して行われ、なおかつその間にローダは次のワークを取り上げて待機するという動作を行う。第２加工ステーション１２での加工が終了したワークは、ローダもしくは図示しないアンローダに受け渡されて機外に搬出される。

以上の動作説明から理解されるように、２主軸対向旋盤のような複数の加工ステーションを備えた工作機械では、一方の加工ステーションで仕上げ加工を行っているときに、他方の加工ステーションで行われている粗加工に起因する振動が生じたり、ローダの運動に伴う振動が生じたりするのである。

図１はこの発明の第１実施形態を示した図である。この例では振動検出器２１が第１主軸台２に固定されており、加振器２５が第２タレット刃物台５に固定されている。振動検出器２１及び加振器２５の近傍に記載された両向き矢印ａ、ｂは、それぞれ振動の検出方向及び加振方向を示し、この例では共にＸ軸方向すなわち刃物の切込方向である。振動検出器２１の信号は演算回路３１及びドライバ３２を介して加振器２５に与えられている。演算回路３１の演算式は、第１加工ステーション１１で粗加工を行っている際の第１主軸台２の振動と第２主軸台４及び第２タレット刃物台５の振動とを予め測定してそれらの相関関係に基いて決定する。

図２は、この発明の第２実施形態を示した図で、第１主軸台２には第１実施態様と同様に振動検出器２１がＸ軸方向の振動を検出するように固定されている。振動検出器２１の信号はＮＣ装置３３に入力され、ＮＣ装置３３は振動検出器２１からの信号によって補正した駆動信号を第２タレット刃物台５をＸ軸方向に駆動するサーボモータ２８のサーボ制御装置３４に出力する。すなわちこの第２実施形態のものでは、振動検出器２１の信号はＮＣ装置３３及びサーボ制御装置３４を介して第２タレット刃物台５のＸ軸送りモータ２８に与えられている。ＮＣ装置３３でどのような補正を行うかは、第１実施形態の演算式を求める方法と同様な方法を用いて決定することができる。

以上説明したように、この出願の発明によれば、第２加工ステーションで仕上げ加工されているワークに対する第１加工ステーション側の振動による影響を回避することができる。

第１実施例の模式的な平面図 第２実施例の模式的な平面図 ローダを備えた２主軸対向旋盤の模式的な正面図

符号の説明

２ 第１主軸台
３ 第１刃物台
４ 第２主軸台
５ 第２刃物台
６ 第１主軸
７ 第２主軸
11 第１加工ステーション
12 第２加工ステーション
21 振動検出器
25 加振器
28 サーボモータ

Claims (2)

1. 粗加工を行う第１加工ステーションと仕上げ加工を行う第２加工ステーションとを同一機械上に備えた工作機械の制振装置であって、前記第１加工ステーションの構成部材に固定された振動検出器(21)と、前記第２ステーションのワーク保持部材又は刃物保持部材に固定された加振器(25)とを備え、振動検出器(21)の出力信号に基いて加振器(25)の駆動電流値を制御することを特徴とする、工作機械の制振装置。
2. 粗加工を行う第１加工ステーションと仕上げ加工を行う第２加工ステーションとを同一機械上に備え、前記第２加工ステーションは、ワーク保持部材及び刃物保持部材と、ワークと刃物との相対位置関係を変化させる送りモータと、この送りモータを制御するサーボ制御装置とを備えている工作機械の制振装置であって、前記第１加工ステーションの構成部材に固定された振動検出器(21)を備え、この振動検出器の出力に基いて前記第２加工ステーションのサーボ制御装置に与える位置信号を補正することを特徴とする、工作機械の制振装置。

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