(57)【要約】【課題】レーザ光の出力を下げたり加工時間を短くしたりすることなく、反射光による主軸頭への悪影響を防止したレーザ加工を可能とする。【解決手段】複合加工機は、装着した切削用工具へクーラントを供給可能な冷却流路２４を有する主軸頭４と、冷却流路２４へクーラントを供給可能なクーラント供給手段と、ワークＷにレーザ光を照射可能なレーザ加工ユニット１０と、を含み、レーザ加工ユニット１０は、レーザ発振器４０と、レーザ発振器４０を支持するジョイント４２とを有し、ジョイント４２に、主軸頭４に着脱可能な結合部４３が設けられて主軸頭４に装着可能で、ジョイント４２の内部には、主軸頭４への装着状態で冷却流路２４と連通し、クーラント供給手段から供給されるクーラントが結合部４３を介して通過可能なジョイント冷却路４４が形成されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱可能に装着した工具によりワークに対する加工が可能であると共に、装着した前記工具へクーラントを供給可能な冷却流路を有する主軸頭と、
前記冷却流路へクーラントを供給可能なクーラント供給手段と、
前記ワークにレーザ光を照射可能なレーザ加工ユニットと、を含み、
前記レーザ加工ユニットは、レーザ発振器と、前記レーザ発振器を支持するジョイントとを有し、前記ジョイントに、前記主軸頭に着脱可能な結合部が設けられて前記主軸頭に装着可能となる工作機械であって、
前記レーザ加工ユニットにおける少なくとも前記ジョイントの内部に、前記主軸頭への装着状態で前記冷却流路と連通し、前記クーラント供給手段から供給されるクーラントが前記結合部を介して通過可能なジョイント冷却路が形成されていることを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークにレーザ光を照射して金属積層や金属造形、焼入れ等の加工を行うレーザ加工ユニットを備えた複合加工機等の工作機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械によるワークの加工工程では近年、切削加工のみでなく、金属積層、金属造形や焼入れによる表面硬化処理を行う場合がある。例えば特許文献１には、ワークに対する加工を行う加工用工具と、ワークにレーザ焼入れによる表面硬化処理を施すレーザ加工ユニットと、振動加工用工具を装着した先端部を振動可能な振動加工ユニットとを備え、１つの装置で表面硬化処理前の加工と、表面硬化処理と、表面硬化処理後の仕上げ加工とを可能とした発明が開示されている。ここでのレーザ加工ユニットは、レーザ発振器を備えた正面視Ｌ字状のジョイントに、工具ホルダと同様のホルダ部（結合部）を形成し、このホルダ部を主軸にクランプさせることで、主軸頭に装着可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−７９５４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の工作機械では、レーザ加工ユニットを用いて焼入れ等を行う際、ワークに照射されたレーザ光が反射して反射光が発生し、この反射光がジョイントに当たることがある。よって、レーザ光の出力が大きかったり長時間の連続加工となったりするとジョイントが高温となり、その熱が主軸頭に伝わって内部の軸受等を損傷させるおそれが生じる。これを防止するためにレーザ光の出力を下げたり加工時間を短くしたりすると加工効率が低下してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、レーザ光の出力を下げたり加工時間を短くしたりすることなく、反射光による主軸頭への悪影響を防止したレーザ加工が可能となる工作機械を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、着脱可能に装着した工具によりワークに対する加工が可能であると共に、装着した前記工具へクーラントを供給可能な冷却流路を有する主軸頭と、前記冷却流路へクーラントを供給可能なクーラント供給手段と、前記ワークにレーザ光を照射可能なレーザ加工ユニットと、を含み、前記レーザ加工ユニットは、レーザ発振器と、前記レーザ発振器を支持するジョイントとを有し、前記ジョイントに、前記主軸頭に着脱可能な結合部が設けられて前記主軸頭に装着可能となる工作機械であって、前記レーザ加工ユニットにおける少なくとも前記ジョイントの内部に、前記主軸頭への装着状態で前記冷却流路と連通し、前記クーラント供給手段から供給されるクーラントが前記結合部を介して通過可能なジョイント冷却路が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ジョイントにジョイント冷却路を設けたことにより、レーザ光の出力が大きかったり長時間の連続加工となったりしてもジョイントが高温とならないため、ジョイントの熱が主軸頭に伝わって軸受等を損傷させるおそれが生じなくなる。よって、レーザ光の出力を下げたり加工時間を短くしたりすることなく、反射光による主軸頭への悪影響を防止したレーザ加工が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】複合加工機の正面図である。
【図２】主軸頭の説明図である。
【図３】レーザ加工ユニットの説明図である。
【図４】レーザ加工状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の工作機械の一例である複合加工機１の正面図である。
この複合加工機１は、ベッド２と、その上に固定される機枠３と、主軸頭４と、その回転送り機構５と、ワークＷを保持するワーク主軸６と、心押台７と、工具としての１以上の切削用工具８と、これを収納する切削用工具収納部９と、レーザ加工ユニット１０と、これを収納するレーザ加工ユニット収納部１１と、焼入れ後の仕上げ加工用である振動切削ユニット１２と、これを収納する振動切削ユニット収納部１３と、各種情報を表示可能な表示部１４を有する操作盤１５と、これらを制御する制御手段１６と、を備えている。
【００１０】
主軸頭４は、機枠３に対して、回転送り機構５の送り機構１７により、Ｘ軸方向（図１の上下方向），Ｙ軸方向（図１の紙面に垂直な方向），Ｚ軸方向（図１の左右方向）にそれぞれ移動可能に設置されている。また、回転送り機構５の回転軸１８を有する回転機構により、Ｙ軸周りの回転方向であるＢ軸方向で回転（傾動）可能に設置されている。
さらに、主軸頭４は、図２に示すように、サーボモータ２０の駆動によって回転する主軸２１を軸心に備えている。主軸２１の中心には、軸方向で上下移動可能にドローバー２２が設けられ、主軸２１の下端には、ドローバー２２の上下移動によって工具ホルダをクランプ／アンクランプ動作させる工具クランプ機構２３が設けられている。
そして、ドローバー２２の軸心及び主軸頭４のハウジングには、外部の図示しないクーラント供給手段から供給されるクーラントを、工具ホルダに設けた冷却路へ供給可能な冷却流路２４が設けられている。
【００１１】
ワーク主軸６は、機枠３の左側（Ｚ軸負側）の下部に配置されており、右部において、ワークＷをクランプするワーククランプ機構３０（ワークチャック）を有する。ワークＷのＺ軸負側の端部は、ワーククランプ機構３０に掴まれる。ワークＷは、どのようなものであっても良いが、円柱状あるいは円筒状のものが好ましく、円柱状あるいは円筒状のワークＷは、その軸方向をＺ軸方向とした状態で保持されることが好ましい。
また、ワーク主軸６は、クランプしたワークを、Ｚ軸周りの回転軸であるＣ軸で回転させるワーク回転機構３１を有する。Ｚ軸負側から正方向へみて時計回りに進む側がＣ軸の正側とされる。
【００１２】
心押台７は、機枠３の右側（Ｚ軸正側）の下部に配置されており、ワーク主軸６と向かい合っている。
心押台７は、センタ３２と、Ｚ軸方向に伸縮する伸縮機構３３と、を備えており、ワークＷに接近してワークＷの心押しを行う。
【００１３】
レーザ加工ユニット１０は、図３にも示すように、レーザ光を発射可能なレーザ発振器４０と、これに電力や信号等を供給する配線をまとめた配線部４１と、レーザ発振器４０の左側に設けられた前面視Ｌ字状のジョイント４２と、を有する。
配線部４１は、レーザ加工ユニット収納部１１を経て電源や制御手段１６、クーラント供給手段とつながっている。
ジョイント４２は、レーザ発振器４０に対して左方に突出しており、その左方突出部分の上部に設けた結合部４３が上述の工具ホルダと同じ形状に形成されることで、主軸頭４の工具クランプ機構２３にクランプ／アンクランプされるように形成されている。すなわち、レーザ加工ユニット１０は、ジョイント４２が結合部４３を介して工具クランプ機構２３にクランプされることで、主軸頭４に装着される。
【００１４】
そして、レーザ加工ユニット１０には、結合部４３からジョイント４２を通ってレーザ発振器４０のハウジングに至り、配線部４１内の図示しない配管を介してクーラント供給手段に繋がるジョイント冷却路４４が設けられている。
よって、レーザ加工ユニット１０が主軸頭４に装着された際は、ジョイント冷却路４４が主軸頭４の冷却流路２４と連通して、クーラント供給手段から供給されるクーラントが、冷却流路２４とジョイント冷却路４４とを順番に通過して再びクーラント供給手段に戻る循環経路が形成されることになる。
【００１５】
振動切削ユニット１２は、振動部５０と、これに電力や信号等を供給する配線をまとめた配線部５１と、振動部５０の左側に設けられたジョイント５２と、を有する。振動切削ユニット１２は、焼入れ後の仕上げ加工用であるが、焼入れ前の加工の一部又は全部に用いられても良い。
振動部５０は、先端部５３（下端部）に取り付けられる振動切削用工具５４を備えている。振動切削用工具５４は、超精密加工用のもの（単結晶ダイヤモンドツール）であり、強力な楕円振動（円振動を含む）やそれによる切削負荷に耐えるものである。尚、振動切削用工具５４として、他の種類のものが用いられても良い。
振動部５０は、図示しない２つの圧電素子を備えており、これら圧電素子の駆動により、振動切削用工具５４に楕円振動を付与し、振動切削用工具５４の刃先を楕円振動させることが可能である。
ジョイント５２は、レーザ加工ユニット１０のジョイント４２と同様に結合部４３を有し、結合部４３が工具クランプ機構２３にクランプされることで主軸頭４に装着される。
【００１６】
制御手段１６は、プロセッサ６０とメモリ６１を有しており、メモリ６１は、加工プログラム６２を記憶している。プロセッサ６０は、メモリ６１を参照して加工プログラム６２を実行し、ワークＷの加工の制御を行う。
【００１７】
以上の如く構成された複合加工機１においてワークＷの加工を行う場合、制御手段１６は、まず、ワーク主軸６のワーククランプ機構３０にワークＷを装着させ、心押台７をＺ軸負方向へ延ばしてセンタ３２をワークＷに当てると共に、主軸頭４を回転送り機構５により切削用工具収納部９へ移動させ、工具クランプ機構２３を介して主軸２１に切削用工具８を装着させる。
そして、制御手段１６は、切削用工具８付きの主軸頭４をワークＷの隣接位置まで移動させ、操作盤１５を通じて予め入力されメモリ６１に記憶されている荒加工手順に従い、主軸頭４を通じて切削用工具８をワークＷに適用させ、ワークＷを切削する。
【００１８】
次いで、制御手段１６は、切削用工具収納部９に切削用工具８を収納させた後、主軸頭４をレーザ加工ユニット収納部１１へ移動させ、工具クランプ機構２３を介して主軸２１にレーザ加工ユニット１０を装着させる。
そして、制御手段１６は、図４に示すように、レーザ加工ユニット１０付きの主軸頭４をワークＷの隣接位置まで移動させ、操作盤１５を通じて予め入力されメモリ６１に記憶されている焼入れ手順に従い、レーザ発振器４０に発生させたレーザ光ＬをワークＷに当て、ワークＷをＣ軸方向で回転させながらワークＷに対する焼入れを行う。
これと同時に制御手段１６は、クーラント供給手段を作動させて、クーラントを、主軸頭４の冷却流路２４からレーザ加工ユニット１０のジョイント冷却路４４に供給してクーラントを循環させる。これによりジョイント４２が冷却されるため、ワークＷに照射されたレーザ光Ｌが反射して反射光Ｌ’が発生し、この反射光Ｌ’がジョイント４２に当たっても、ジョイント４２の温度上昇が抑えられる。
【００１９】
焼入れが終了すると、制御手段１６は、レーザ加工ユニット１０を収納させた後、主軸頭４を振動切削ユニット収納部１３へ移動させ、工具クランプ機構２３を介して主軸２１に振動切削ユニット１２を装着させる。
そして、制御手段１６は、振動切削ユニット１２付きの主軸頭４をワークＷの隣接位置まで移動させ、操作盤１５を通じて予め入力されメモリ６１に記憶されている焼入れ後の仕上げ加工手順に従い、主軸頭４を通じて振動切削用工具５４をワークＷに適用させ、ワークＷの焼入れ後の仕上げ加工を行う。すなわち、振動切削用工具５４は、振動切削ユニット１２の振動部５０により、先端部５３を介して楕円振動された状態でワークＷに適用され、これによりワークＷが振動切削される。
【００２０】
このように、上記形態の複合加工機１によれば、ジョイント４２の内部に、主軸頭４への装着状態で冷却流路２４と連通し、クーラント供給手段から供給されるクーラントが結合部４３を介して通過可能なジョイント冷却路４４が形成されているので、レーザ光の出力が大きかったり長時間の連続加工となったりしてもジョイント４２が高温とならないため、ジョイント４２の熱が主軸頭４に伝わって軸受等を損傷させるおそれが生じなくなる。よって、レーザ光の出力を下げたり加工時間を短くしたりすることなく、反射光による主軸頭４への悪影響を防止したレーザ加工が可能となる。
【００２１】
なお、ジョイント冷却路は、ジョイントの形状によってはジョイント内で複数路に分岐させたり、ジョイント内で蛇行させたり等、任意に形態を選択できる。
また、上記形態ではジョイントからレーザ発振器のハウジングまでジョイント冷却路を形成しているが、ジョイント内にのみジョイント冷却路を設けて配線部と別の配管でクーラント供給手段と接続しても差し支えない。さらに、レーザ加工中のクーラントは回収せずに加工領域側へ噴出させてもよい。振動切削ユニットのジョイントにジョイント冷却路を設けることもできる。
【００２２】
その他、複合加工機は上記形態に限らず、例えばレーザ加工ユニットと振動切削ユニットとの配置を変更したり、振動切削ユニットを省略したりしてもよい。
また、焼入れ前の加工は切削に限らず、ボンディングやウェルディング等であってもよい。レーザ加工ユニットも焼入れに限らず、金属積層加工や金属造形加工に使用する場合もジョイント冷却路による冷却効果は得られる。
さらに、ワークがワーク主軸により回転する複合加工機に限らず、テーブル上にワークがクランプされる工作機械であっても本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００２３】
１・・複合加工機、２・・ベッド、３・・機枠、４・・主軸頭、８・・切削用工具、１０・・レーザ加工ユニット、１２・・振動切削ユニット、１６・・制御手段、２１・・主軸、２２・・ドローバー、２３・・工具クランプ機構、２４・・冷却流路、４０・・レーザ発振器、４２・・ジョイント、４３・・結合部、４４・・ジョイント冷却路、５０・・振動部、Ｗ・・ワーク、Ｌ・・レーザ光、Ｌ’・・反射光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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