(57)【要約】【課題】被加工物の回転位置を位置決めする構造を簡素化する。【解決手段】回転軸保持部１２には、モータ１３の回転軸１５と直結された回転軸３１が内蔵されており、その回転軸３１に被加工物を保持する被加工物保持部１７が固定されている。制御装置１８は、回転数検出装置１４で検出される回転数に基づいてモータ１３の回転数を制御すると共に、モータ１３の角度検出器から出力される検出信号に基づいてモータ１３の回転位置を算出し、被加工物を所望の回転位置に位置決めする。【選択図】      図１
2006142463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を回転させながら加工を行う装置と、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工工具を回転させながら加工を行う装置とからなる複合加工装置において、
被加工物を回転させるモータと、
前記モータの回転軸または該回転軸と直結された回転軸に取り付けられた被加工物保持部と、
前記モータの回転角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御して前記被加工物保持部に固定された被加工物の回転位置の位置決めを行う制御手段とを備える複合加工装置。
【請求項２】
被加工物を回転させながら加工を行う装置と、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工工具を回転させながら加工を行う装置とからなる複合加工装置において、
被加工物を回転させるモータと、
前記モータの回転軸または該回転軸と直結された回転軸に取り付けられた被加工物保持部と、
前記モータの回転角度を検出する角度検出手段と、
前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御して前記被加工物保持部に取り付けられた被加工物の回転位置の位置決めを行う制御手段と、
前記制御手段により位置決めされた被加工物を加工するための工具が回転軸に取り付けられ、前記工具の回転軸の角度を前記モータの回転軸に対して任意の方向に変換可能な回転軸角度変換スピンドルとを備える複合加工装置。
【請求項３】
被加工物を回転させながら加工を行う装置と、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工工具を回転させながら加工を行う装置とからなる複合加工装置において、
被加工物を回転させるモータと、
前記モータの回転軸または該回転軸と直結された回転軸に取り付けられた被加工物保持部と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記モータの回転角度を検出する角度検出手段と、
被加工物を回転させながら加工する場合には、前記回転数検出手段で検出される回転数に基づいて前記モータの回転数を所定の回転数に制御し、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工する場合には、前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御して被加工物の回転位置の位置決めを行う制御手段と、
前記制御手段により位置決めされた被加工物を加工するための工具が回転軸に取り付けられ、前記工具の回転軸の角度を前記モータの回転軸に対して任意の方向に変換可能な回転軸角度変換スピンドルとを備える複合加工装置。
【請求項４】
前記制御手段は、被加工物を回転させながら加工を行う場合には、前記モータの回転数を所定回転数に制御し、被加工物の回転位置を位置決めして加工を行う場合には、前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御する請求項１、２または３記載の複合加工装置。
【請求項５】
前記モータはＡＣまたはＤＣサーボモータからなり、
前記制御手段は、前記ＡＣまたはＤＣサーバモータのエンコーダで検出される検出信号に基づいて前記サーボモータの回転角度を制御して被加工物の回転位置を位置決めする請求項１，２，３または４記載の複合加工装置。
【請求項６】
前記被加工物保持部は、前記モータの回転軸とカップリングにより直結された回転軸に取り付けられた部材からなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複合加工装置。
【請求項７】
前記被加工物保持部は、前記モータの回転軸と直結された回転軸の延長方向と、該延長方向に対して直交する方向の２つの方向に被加工物の取り付け方向を変更できる構造である請求項１乃至５のいずれか１項に記載の複合加工装置。
【請求項８】
前記回転軸角度変換スピンドルは、前記モータの回転軸の延長方向に対して直交する方向に工具の回転軸を変換する請求項２または３記載の複合加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被加工物を回転させながら加工を行う装置と、被加工物の回転位置を位置決めして加工を行う装置とからなる複合加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被加工物を主軸に固定し、その主軸を回転させて切削加工を行う加工装置では、主軸を高速回転させる必要があり、モータの回転力を伝達する歯車には焼き付きを防止するために適度なバックラッシュが必要となる。
【０００３】
これに対して被加工物の回転位置を位置決めして回転工具により加工を行う加工装置では、主軸の回転位置を正確に位置決めするために歯車のバックラッシュを無くす必要がある。
【０００４】
そのため、被加工物を回転させて加工する装置と被加工物の回転位置を位置決めして加工する装置とを備えた複合加工装置では、主軸を高速回転させる駆動系と別に主軸の回転位置を位置決めするための駆動系を設けることが一般的であった。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ウォーム軸を主軸に対して直角方向に向けて移動可能に配置し、そのウォーム軸をＣ軸駆動モータで回転させることで主軸を所定の回転位置に位置決めするＣ軸駆動装置について記載されている。
【０００６】
特許文献２には、主軸の軸線と平行な軸線を有する回転駆動軸と、その回転軸の軸線方向に移動可能な２つの歯車とを有し、主軸の回転位置を制御する場合には、回転駆動軸の２つの歯車を主軸の歯車と同時に噛み合わせることでバックラッシュを無くすことが記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３３４４４３号公報
【特許文献２】特開平１０−１５７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、引用文献１及び２に記載さた発明は、いずれも駆動力を伝達する歯車のバックラッシュを無くすための機構が必要であり、被加工物の回転位置を位置決めする駆動系を簡素化することが難しかった。
【０００８】
本発明の課題は、被加工物の回転位置を位置決めする構造を簡素化することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の複合加工装置は、被加工物を回転させながら加工を行う装置と、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工工具を回転させながら加工を行う装置とからなる複合加工装置において、被加工物を回転させるモータと、前記モータの回転軸または該回転軸と直結された軸に取り付けられた被加工物保持部と、前記モータの回転角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御して前記被加工物保持部に固定された被加工物の回転位置の位置決めを行う制御手段とを備える。
【００１０】
この発明によれば、モータの回転角度を制御することで被加工物の回転位置を位置決めすることができるので被加工物の回転位置を機械的に位置決めする機構が不要となり、複合加工装置を簡素化できる。
【００１１】
本発明の他の複合加工装置は、被加工物を回転させながら加工を行う装置と、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工工具を回転させながら加工を行う装置とからなる複合加工装置において、被加工物を回転させるモータと、前記モータの回転軸または該回転軸と直結された回転軸に取り付けられた被加工物保持部と、被加工物の回転角度を検出する角度検出手段と、前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御して前記被加工物保持部に取り付けられた被加工物の回転位置の位置決めを行う制御手段と、前記制御手段により位置決めされた被加工物を加工するための工具が回転軸に取り付けられ、前記工具の回転軸の角度を前記モータの回転軸に対して任意の方向に変換可能な回転軸角度変換スピンドルとを備える。
【００１２】
この発明によれば、モータの回転角度を制御することで被加工物の回転位置を位置決めすることができるので、被加工物の回転位置を位置決めするための機械的な位置決め機構が不要となり、複合加工装置を簡素化できる。さらに、回転軸角度変換スピンドルを用いて加工を行うことで被加工物の内周面、あるいは内周部の溝の加工を容易に行うことができる。
【００１３】
本発明の他の複合加工装置は、被加工物を回転させながら加工を行う装置と、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工工具を回転させながら加工を行う装置とからなる複合加工装置において、被加工物を回転させるモータと、前記モータの回転軸または該回転軸と直結された回転軸に取り付けられた被加工物保持部と、前記モータの回転数を検出する回転数検出手段と、前記モータの回転角度を検出する角度検出手段と、被加工物を回転させながら加工する場合には、前記回転数検出手段で検出される回転数に基づいて前記モータの回転数を所定の回転数に制御し、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工する場合には、前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御して被加工物の回転位置の位置決めを行う制御手段と、前記制御手段により位置決めされた被加工物を加工するための工具が回転軸に取り付けられ、前記工具の回転軸の角度を前記モータの回転軸に対して任意の方向に変換可能な回転軸角度変換スピンドルとを備える。
【００１４】
この発明によれば、モータの回転角度を制御することで被加工物の回転位置を位置決めすることができるので、被加工物の回転位置を位置決めするための機械的な位置決め機構が不要となり、複合加工装置を簡素化できる。さらに、回転軸角度変換スピンドルを用いて加工を行うことで被加工物の内周面、あるいは内周部の溝の加工を容易に行うことができる。
【００１５】
上記の発明の複合加工装置において、前記制御手段は、被加工物を回転させながら加工を行う場合には、前記モータの回転数を所定回転数に制御し、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工を行う場合には、前記角度検出手段から出力される検出信号に基づいて前記モータの回転角度を制御する。
【００１６】
このように構成することで、被加工物を回転させるモータの回転角度を制御することで被加工物の回転位置を正確に位置決めすることができる。
上記の発明の複合加工装置において、前記モータはＡＣまたはＤＣサーボモータからなり、前記制御手段は、前記ＡＣまたはＤＣサーボモータのエンコーダで検出される検出信号に基づいて前記ＡＣまたはＤＣサーボモータの回転角度を制御して被加工物の回転位置を位置決めする。
【００１７】
このように構成することで、ＡＣまたはＤＣサーボモータの回転角度を制御して被加工物の回転位置を位置決めすることができる。
上記の発明の複合加工装置において、前記被加工物保持部は、前記モータの回転軸とカップリングにより直結された回転軸と、該回転軸に取り付けられた被加工物保持部材とからなる。
【００１８】
上記の発明の複合加工装置において、前記被加工物保持部は、前記モータの回転軸と直結された回転軸の延長方向と、該延長方向に対して直交する方向の２つの方向に被加工物の取り付け方向を変更できる構造である。
【００１９】
このように構成することで、加工の途中で被加工物の取り付け方向を簡単に変更できる。
上記の発明の複合加工装置において、前記回転軸角度変換スピンドルは、前記モータの回転軸の延長方向に対して直交する方向に工具の回転軸を変換する。
【００２０】
このように構成することで、工具の回転方向を、被加工物の回転中心に対して直交する方向に変換することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、モータの回転角度を制御することで被加工物の回転位置を位置決めできるので機械的な位置決め機構が不要となり、複合加工装置を簡素化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、実施の形態の複合加工装置１０の主要部の構成を示す図である。
実施の形態の複合加工装置１０は、被加工物を回転させながら切削する加工装置と、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工工具を回転させて加工を行う自動工具交換機能を有するマシニングセンターと、被加工物の回転位置を位置決めした状態で、被加工物の回転中心に対して直交する方向から加工できる加工装置とで構成されている。なお、図１には、マシニングセンター全体の構成は省略し、マシニングセンターの主軸頭に回転自在に軸支された主軸に取り付けられた加工工具２５のみを示してある。
【００２３】
図１において、テーブル１１の上には回転軸保持部１２とモータ１３と回転数検出装置１４とが搭載されている。テーブル１１は、図１に矢印で示すａ方向（図１の正面から見て垂直方向）とｂ方向（水平方向）に移動可能な構造をしており、被加工物保持部１７に固定される被加工物の垂直及び水平方向の位置決めを行う。
【００２４】
回転軸保持部１２には、モータ１３の回転軸１５と直結された回転軸３１（図２参照）が内蔵されており、その回転軸３１に被加工物を保持する被加工物保持部１７が固定されている。被加工物保持部１７は、具体的には図示していないが、例えば、筒状で被加工物を挟み込んで保持する構造を有している。なお、モータ１３及び回転数検出装置１４は、図示していないが回転軸保持部１２に固定されている。
【００２５】
回転数検出装置１４は、モータ１３の回転軸１５とベルト１６で連結されており、モータ１３の回転数を検出して制御装置１８に出力する。
モータ１３は、ＡＣまたはＤＣサーボモータからなり、制御装置１８により回転数の制御及び回転位置の制御が行われる。モータ１３の内部には、エンコーダ等の角度の検出信号を出力する角度検出器が内蔵されており、その検出信号（検出パルス）を制御装置１８に出力する。
【００２６】
制御装置１８は、回転数検出装置１４で検出される回転数に基づいてモータ１３の回転数を制御すると共に、モータ１３の角度検出器から出力される検出信号に基づいてモータ１３の回転位置を算出し、被加工物を図１の矢印ｃ方向（ｃ軸方向）の所望の回転位置に位置決めする。
【００２７】
回転軸角度変換スピンドル１９は、Ｔ字状の形状をしており、軸１９ａに内蔵される回転軸の回転を、軸１９ａと直交する軸１９ｂの延長方向の回転に変換する回転方向の変換機構を有している。角度変換スピンドル１９の軸１９ａには、ベアリング等により支持された回転軸が内蔵されており、その回転軸の回転を歯車等により軸１９ｂに内蔵されている回転軸に伝達している。回転軸角度変換スピンドル１９は、軸１９ａの回転軸が主軸（モータ１３の回転軸１５）と平行になるように刃物固定装置２０に取り付けられている。この回転軸角度変換スピンドル１９の軸１９ｂに内蔵される回転軸に工具を取り付るることで、被加工物の回転中心軸に対して直交する方向から加工が行えるようになっている。これにより、被加工物の内周面の加工、あるいは内周の溝加工が行える。
【００２８】
刃物固定装置２０は、上下駆動機構２１により、矢印ｄ方向（鉛直方向）に移動可能となっており、これにより回転軸角度変換スピンドル１９を上下方向に移動させている。
刃物固定装置２２には旋削刃物２３が固定されており、この旋削刃物２３により被加工物を回転させながら加工を行う。刃物固定装置２２も上下駆動機構２４により上下方向に移動可能となっている。
【００２９】
また、被加工物の回転位置を位置決めした状態で、マシニングセンターの主軸頭に取り付けられた加工工具２５により被加工物を加工することができる。加工工具２５は、図１の矢印ｅ方向に移動可能である。
【００３０】
次に、図２は、回転軸保持部１２の断面とモータ１３を示す図であり、図３は、回転軸保持部１２内部の回転軸３１と、モータ１３及び回転数検出装置１４を示す図である。
図２に示すように、回転軸保持部１２には、２個のベアリング３２が内蔵されており、そのベアリング３２により回転軸３１が回転可能に支持されている。回転軸３１の一端は、カップリング３３によりモータ１３の回転軸１５と直結されており、回転軸３１の他端には被加工物保持部１７が固定されている。
【００３１】
すなわち、被加工物保持部１７は、モータ１３の回転軸１５と回転軸３１を介して直接連結されており、モータ１３の回転角度と被加工物の回転角度は同一になる。
次に、以上のような構成の複合加工装置１０の動作を説明する。被加工物を回転させながら加工を行う場合には、制御装置１８が、回転数検出装置１４で検出されるモータ１３の回転数に基づいてモータ１３の回転数を目的の回転数となるように制御する。そして、被加工物を回転させながら旋削工具２３により加工を行う。
【００３２】
次に、被加工物の回転位置を位置決めした状態で加工を行う場合には、モータ１３の角度検出器から出力される検出信号を制御装置１８が計数し、モータ１３の回転角度、すなわち、被加工物の回転角度を算出する。そして、制御装置１８は、被加工物を目的とする回転位置まで回転させ、その位置を保つような駆動信号をモータ１３に供給する。これにより被加工物は、目的の位置に位置決めされる。その状態で、マシニングセンターの主軸頭に取り付けられた加工工具２５、あるいは回転軸角度変換スピンドル１９により被加工物の加工を行う。
【００３３】
上述した実施の形態によれば、被加工物保持部１７をモータ１３の回転軸１５と回転軸３１を介して直接結合し、モータ１３が所定の回転角度を保つようにモータ１３を制御することで、被加工物を所定の回転位置に位置決めすることができる。これにより、被加工物を位置決めするための歯車等の位置決め機構が不要となるので、複合加工装置の構成を簡素にできる。また、複合加工装置に使用する部品を減らすことができるので製品コストも低減できる。また、モータ１３の駆動力を伝達するための歯車を用いていないので歯車のバックラッシュの影響を除去するための機構も不要となる。さらに、被加工物保持部１７がモータ１３の回転軸と直結されているので被加工物の回転位置の位置決め精度を高めることができる。
【００３４】
なお、加工時に被加工物に加わる加工負荷を小さくすることで、被加工物を特定の回転位置に保持するために必要なモータ１３の保持力も小さくなるので、被加工物をモータ１３の回転軸に直結した構造でも被加工物の回転位置を正確に位置決めすることができる。また、高出力のモータ１３であれば、加工負荷を大きくしても被加工物を特定の位置に容易に保持することができる。
【００３５】
次に、図４は、上述した被加工物保持部１７の変形例を示す図である。
この変形例は、上述したモータ１３の回転軸１５と回転軸３１と被加工物保持部１７とを一体に構成した場合の例を示している。
【００３６】
モータ１３の回転軸４１の先端には被加工物保持部４１ａが形成されている。回転軸４１の回転はベルト１６により回転数検出装置１４に伝達される。
この回転軸４１によれば、被加工物保持部４１ａとモータ１３の回転軸４１を一体に構成できるので部品コストをさらに低減できる。
【００３７】
次に、図５は、被加工物保持部の他の変形例を示す図である。この変形例は、被加工物保持部５２を９０度回転できるようにしたものである。
この変形例では、被加工物保持部５２が回転軸５１の中心軸の方向と直交する方向に回転可能な構造となっており、ピン５３を被加工物保持部５２と回転軸５１の孔に挿入することで、図５（Ａ）に示す状態と、図５（Ｂ）に示す状態の２つの取り付け状態を切り換えることができる。
【００３８】
図６に示すように、被加工物保持部５２は回転軸５１の右端の円筒状の溝に回転可能に収納されている。被加工物保持部５２には２個の貫通孔５２ｂ、５２ｃが設けられ、回転軸５１には、上部に１個の貫通孔５１ａが設けられ、さらに、図６の被加工物保持部５２の２個の貫通孔５２ｂ、５２ｃと対応する位置にそれぞれ貫通孔が設けられている。
【００３９】
被加工物保持部５２の取り付け面５２ａが回転軸５１の延長方向と直交するように固定する場合には（図５（Ａ）の状態）、被加工物保持部５２の２個の貫通孔５２ｂ、５２ｃと、回転軸５１の下側と右側の２個の貫通孔に２個のピン５３を挿入して被加工物保持部５２を回転軸５１に固定する。
【００４０】
他方、被加工物保持部５２の取り付け面５２ａが回転軸５１の延長方向と平行になるように固定する場合には（図５（Ｂ）の状態）、被加工物保持部５１を９０°回転させた状態で、被加工物保持部５２の２個の貫通孔５２ｂ、５２ｃと、回転軸５１の右側と上側の２個の貫通孔に２個のピン５３を挿入して被加工物保持部５２を回転軸５１に固定する。
【００４１】
上記のような構造を有することで、被加工物を被加工物保持部５２から取り外さずに、被加工物の回転中心軸と平行な方向と、回転中心軸と直交する方向の２つの方向を切り換えて加工を行うことができるので加工の段取りの時間を短縮できる。
【００４２】
本発明は上述した実施の形態に限らず、例えば、以下のように構成しても良い。
（１）実施の形態は、被加工物を回転させながら加工する装置と、マシニングセンターと、回転軸角度変換スピンドルとを用いる加工装置の３つの加工装置を有する複合加工装置について説明したが、これに限らず、例えば、旋削加工を行う装置と回転軸角度変換スピンドルを用いる加工装置からなる複合加工装置、あるいは旋削加工を行う装置とマシニングセンターとからなる複合加工装置との組み合わせでも良い。加工装置の組み合わせは任意で良い。
（２）使用するモータは、ＡＣまたはＤＣサーボモータに限らず、ステッピングモータでも良い。
（３）回転軸角度変換スピンドル１９の角度の変換方向はモータの回転軸と直交する方向に限らず、任意の角度に設定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施の形態の複合加工装置の主要部の構成を示す図である。
【図２】回転軸保持部の断面とモータを示す図である。
【図３】回転軸保持部の内部の構造とモータを示す図である。
【図４】被加工物保持部の変形例を示す図である。
【図５】被加工物保持部の他の変形例を示す図である。
【図６】回転軸及び被加工物保持部の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０        複合加工装置
１１        テーブル
１２        回転軸保持部
１３        モータ
１４        回転数検出装置
１５        モータの回転軸
１７        被加工物保持部
１８        制御装置
１９        回転軸角度変換スピンドル
２０、２２  刃物固定装置
２１，２４  上下駆動機構
２３        旋削工具
３１        回転軸
【図１】
2006142463.tif 000003
【図２】
2006142463.tif 000004
【図３】
2006142463.tif 000005
【図４】
2006142463.tif 000006
【図５】
2006142463.tif 000007
【図６】
2006142463.tif 000008