(57)【要約】      （修正有）【課題】種々の加工を従来の単一加工機の組み合わせで行なう場合の問題を解決すべく、多品種少量生産にも有効なフレキシビリティのある加工を可能とすると共に、機械設置スペースを生産量等に応じてミニマム化でき、種々の加工が高速かつ高精度にでき、ワーク加工開始から終了までをプロセス一貫して、工程集約して加工可能にする複合加工機及びこれを用いたワークの加工方法を提供することにある。【解決手段】加工されるワークＷを回転的に支持するワーク支持部と、ワークを加工する形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールから所定の順序で１つの加工ツールを選択し、加工中のワークの外形、加工位置、及び、加工角度に応じた加工姿勢を加工ツールに採らせて１つの加工ツールを支持する加工ツール支持ユニットを備えることにより、複数の加工法でワークの加工が可能な複合加工機１及びこれを用いたワークの加工方法を提供する。【選択図】図１
2006281390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工されるワークを回転的に支持するワーク支持部と、
前記ワークを加工する形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールから所定の順序で１つの加工ツールを選択し、加工中の前記ワークの外形、加工位置、及び、加工角度に応じた加工姿勢を前記加工ツールに採らせて前記１つの加工ツールを支持する加工ツール支持ユニットを備えたことを特徴とする複合加工機。
【請求項２】
前記形状加工ツールは、旋削用電着ホイール等の旋削工具、ドリル、エンドミル等の切削工具、前記熱処理加工ツールは、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具、及び、前記仕上げ加工ツールは、砥石車等の研削工具、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具であることを特徴とする請求項１に記載の複合加工機。
【請求項３】
前記加工ツール支持ユニットは、前記加工ツールが着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニットと、
前記ホイール回転主軸ユニットを搭載し、ベッド上に装架された多自由度リンク機構により前記ワークに対して位置決め可能なリンクヘッドとを備えたことを特徴とする請求項１に記載の複合加工機。
【請求項４】
前記加工ツール支持ユニットは、さらに、前記加工ツールを前記ホイール回転主軸ユニットの所定位置に着脱する自動工具交換ユニットを備えたことを特徴とする請求項３に記載の複合加工機。
【請求項５】
前記多自由度リンク機構は、複数のリンク機構を並列に配置し、前記リンクヘッドを前記ワークに対して旋回可能に位置決め可能とする、パラレルメカニズムであることを特徴とする請求項３に記載の複合加工機。
【請求項６】
加工されるワークを所定の位置に回転的に支持するワーク支持ステップと、
前記ワークを加工する形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールから所定の順序で１つの加工ツールを選択する加工ツール選択ステップと、
前記ワークを前記所定の位置で回転させながら前記ワークの外形、加工位置、及び加工角度に応じた加工姿勢を前記加工ツールに採らせて前記加工ツールで前記ワークを加工する加工ステップを含むことを特徴とするワークの加工方法。
【請求項７】
前記加工ツール選択ステップは、前記形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールの順序で前記加工ツールを選択し、
前記加工ステップは、前記形状加工ツールで前記ワークに形状加工を行う第１加工ステップと、前記熱処理加工ツールで前記形状加工を施された前記ワークに熱処理を行う第２の加工ステップと、前記仕上げ加工ツールで前記熱処理を施された前記ワークに仕上げ加工を行う第３の加工ステップを含むことを特徴とする請求項６に記載のワークの加工方法。
【請求項８】
前記第１加工ステップは、旋削用電着ホイール等の旋削工具、ドリル、エンドミル等の切削工具で前記ワークに前記形状加工を行い、
前記第２加工ステップは、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具で前記ワークに前記熱処理を行い、
前記第３加工ステップは、砥石車等の研削工具、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具で前記ワークに前記表面仕上げ加工を行うことを特徴とする請求項７に記載のワークの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の加工方法でワークの加工ができる複合加工機及びこれを用いたワークの加工方法に関し、特に、ワーク加工開始から終了までを、プロセス一貫して加工可能にする複合加工機及びこれを用いたワークの加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械には、その加工内容に応じて、旋盤、ボール盤、中ぐり盤、フライス盤、平削り盤、ブローチ盤、研削盤等があり、ＮＣ制御により単一の加工だけではなく種々の複合加工ができるものがある。また、例えば、旋削と研削を可能とするいわゆる複合加工機も種々提案されている。（例えば、特許文献１および２）。
【０００３】
特許文献１には、砥石軸と同方向に回転中心を有し割り出し可能な切削工具用タレットを砥石に近接して設けて複合刃物台とし、この刃物台に砥石軸駆動部とタレット駆動部とを設けて切削加工と研削加工が同一機械内で可能な複合加工機が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、複数個貯蔵されている工具タレットを交換して、主軸頭にセットされた工具タレット内の工具により、旋削、ミーリング、穴あけ、研削加工を、ＸＹＺ軸に移動制御しながら行う複合加工機が開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１６０１３３号公報
【特許文献２】特公平７−６１５８５号公報
【０００５】
近年では熱処理後のワークに対して旋削加工を行う、いわゆるハードターニングと呼ばれる加工が行われてはいるものの、素材に対する取り代が多い形状加工は熱処理前に行われるのが好ましく、ワークに対する精密な形状の仕上げ加工や表面仕上げは熱処理後に行われるのが好ましいので、旋盤等により形状加工を行ったワークを取り外し、熱処理炉等で一括して熱処理した後、研削盤等により仕上げ加工を行うといった加工方法が依然として主流である。また、特許文献に示したような複合機によっても、以下のような問題があった。すなわち、特許文献１に示した従来の複合加工機では、工具を別々の刃物台にセットし、この複数の刃物台にセットした工具で種々の加工を実現していた。従って、複数の機械を集合させて構成しているため、機械の大きさを大幅に減少させることは困難であり、機械設置スペースのミニマム化に限界があった。また、特許文献２に示した複合加工機では、工具がセットされる主軸頭は１つであるが、種々の工具がセットされた高重量の主軸頭を従来行われているＸＹＺステージにより３軸制御で加工するので、高速で高精度な移動及び加工が困難であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、種々の加工を従来の単一加工機の組み合わせで行なう場合の問題を解決すべく、多品種少量生産にも有効なフレキシビリティのある加工を可能とすると共に、機械設置スペースを生産量等に応じてミニマム化でき、種々の加工が高速かつ高精度にでき、ワーク加工開始から終了までをプロセス一貫して、工程集約して加工可能にする複合加工機及びこれを用いたワークの加工方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、加工されるワークを回転的に支持するワーク支持部と、前記ワークを加工する形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールから所定の順序で１つの加工ツールを選択し、加工中の前記ワークの外形、加工位置、及び、加工角度に応じた加工姿勢を前記加工ツールに採らせて前記１つの加工ツールを支持する加工ツール支持ユニットを備えたことを特徴とする複合加工機を提供する。
【０００８】
上記発明において、前記形状加工ツールは、旋削用電着ホイール等の旋削工具、ドリル、エンドミル等の切削工具、前記熱処理加工ツールは、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具、及び、前記仕上げ加工ツールは、砥石車等の研削工具、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具であってもよい。
【０００９】
また、上記発明において、前記加工ツール支持ユニットは、前記加工ツールが着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニットと、前記ホイール回転主軸ユニットを搭載し、ベッド上に装架された多自由度リンク機構により前記ワークに対して位置決め可能なリンクヘッドとを備えたものであってもよい。
【００１０】
また、上記発明において、前記加工ツール支持ユニットは、さらに、前記加工ツールを前記ホイール回転主軸ユニットの所定位置に着脱する自動工具交換ユニットを備えたものであってもよい。
【００１１】
また、上記発明において、前記多自由度リンク機構は、複数のリンク機構を並列に配置し、前記リンクヘッドを前記ワークに対して旋回可能に位置決め可能とする、パラレルメカニズムであってもよい。
【００１２】
また、本発明は、加工されるワークを所定の位置に回転的に支持するワーク支持ステップと、前記ワークを加工する形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールから所定の順序で１つの加工ツールを選択する加工ツール選択ステップと、前記ワークを前記所定の位置で回転させながら前記ワークの外形、加工位置、及び加工角度に応じた加工姿勢を前記加工ツールに採らせて前記加工ツールで前記ワークを加工する加工ステップを含むことを特徴とするワークの加工方法を提供する。
【００１３】
また、上記発明において、前記加工ツール選択ステップは、前記形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールの順序で前記加工ツールを選択し、前記加工ステップは、前記形状加工ツールで前記ワークに形状加工を行う第１加工ステップと、前記熱処理加工ツールで前記形状加工を施された前記ワークに熱処理を行う第２の加工ステップと、前記仕上げ加工ツールで前記熱処理を施された前記ワークに仕上げ加工を行う第３の加工ステップを含むものであってもよい。
【００１４】
また、上記発明において、前記第１加工ステップは、旋削用電着ホイール等の旋削工具、ドリル、エンドミル等の切削工具で前記ワークに前記形状加工を行い、前記第２加工ステップは、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具で前記ワークに前記熱処理を行い、前記第３加工ステップは、砥石車等の研削工具、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具で前記ワークに前記表面仕上げ加工を行うものであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フレキシビリティのある加工、例えば、熱処理前に形状加工を行うことができるので、形状加工が高能率で可能となり、また、機械設置スペースを生産量等に応じてミニマム化でき、種々の加工が高速かつ高精度にでき、ワーク加工開始から終了までをプロセス一貫して、工程集約して加工可能にする複合加工機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
（実施の形態）
（複合加工機の構成）
以下、本発明の実施の形態に係る複合加工機について図面を参照して説明する。尚、説明の便宜上、複合加工機の全体構成に係る位置関係を、複合加工機に向かって立つ使用者（図１において紙面下側に立つ）から見た状態として説明する。すなわち、使用者から見て、手前側を「前」、奥側を「後」、右側を「右」、左側を「左」、上側を「上」、下側を「下」として説明する。また、前方向をＸ軸方向、左方向をＺ軸方向、上方向をＹ軸方向とする。また、以下の実施の形態において、図１乃至図５では、不特定の加工ツールである第１の加工ツール５０１ａを不特定の加工ツールである第２の加工ツール５０１ｂに交換してワークを加工する場合を説明し、図６乃至図１０では、旋削工具５０２、切削工具５０３、熱処理工具５０４、研削工具５０５、及び、表面仕上げ工具５０６の順序で各加工ツールを交換してワークを加工する場合を説明する。
【００１７】
図１は、実施の形態に係る複合加工機の平面図であり、図２は、図１に示す複合加工機の主軸台より後側を前から見た正面図である。
【００１８】
この複合加工機１は、図示しないコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により全体の駆動が制御されるものであり、複合加工機本体と図示しない付属装置からなる。主な付属装置は、レーザ発振器、オイル供給装置、冷却装置、エア供給機器、クーラント供給装置、切屑収集装置及びこれらの装置を複合加工機本体と接続するダクト装置等からなっている。
【００１９】
複合加工機１は、ベッド１０上に載置されワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、加工ツールが着脱可能に装着されるホイール回転主軸ユニット２００と、ホイール回転主軸ユニット２００を搭載し、ベッド１０上に装架された多自由度リンク機構３００によりワークＷに対して位置決め可能なリンクヘッド３０１と、加工ツールをホイール回転主軸ユニット２００の所定位置に着脱する自動工具交換ユニット４００とを有する。
【００２０】
ワーク支持駆動ユニット１００は、ベッド１０上に載置された主軸台ベース１０１に、左右の主軸台スライドガイド１０２を介してスライド可能に移動可能な左右の主軸台１０３を有し、各々左右の主軸台１０３には、主軸１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４が搭載されている。各々左右の主軸台１０３は、左右独立にＺ方向にスライドして、ワークＷを所定の心間で挟持して、その位置を固定できる構成となっている。
【００２１】
ホイール回転主軸ユニット２００は、第１の加工ツール５０１ａを装着したホイール回転主軸２０１を、リンクヘッド３０１に搭載されたホイール回転主軸駆動モータ３０６の回転駆動力をトラクションドライブユニット２０２により回転力を伝達して第１の加工ツール５０１ａを所定回転数で回転駆動する構成となっている。尚、上記のトラクションドライブユニット２０２は、転動体により振動が小さく回転伝動可能で研削加工にも好適であるが、他の伝達方法、例えば、ギアやベルトによる回転駆動方式、あるいは、ホイール回転主軸駆動モータ３０６との直結方式等により構成してもかまわない。
【００２２】
ホイール回転主軸２０１は、第１の加工ツール５０１ａのテーパ部５１０をクランプして、第１の加工ツール５０１ａとホイール回転主軸２０１を強固に締結するクランプ部２０３を有している。具体的には、クランプ部２０３は、複合加工機用のＨＳＫインターフェース規格等の互換性を有する規格により構成されている。
【００２３】
多自由度リンク機構３００は、閉リンク機構を並列に配置した、いわゆるパラレルメカニズムといわれるものであり、ヘッド１０上に載置された左右一対のリニアガイドベース３０２に設けられた左右合計で４つの送り機構と、ホイール回転主軸ユニット２００を搭載したリンクヘッド３０１と送り機構とを連結する４本のリンク３０３とからなる。送り機構は、左右一対のリニアガイド３０４と、各リニアガイド３０４に対してＸ軸方向に移動可能に案内された２つのスライダ３０７と、このスライダ３０７の各々を独立して移動させるためのボールねじ３０８およびリンク駆動サーボモータ３０５とから構成されている。リンク３０３の一端が送り機構のスライダ３０７に各々旋回自在に結合支持され、他端がリンクヘッド３０１の所定の位置に旋回自在に連結支持される。このように構成されることにより、各リンク駆動モータ３０５を制御して各スライダの位置を独立して制御することにより、リンクヘッド３０１はＸ軸方向への移動、Ｚ軸方向への移動、およびＹ軸回りの回転の３自由度の位置、姿勢制御が可能となっている。なお、この多自由度リンク機構３００を構成する送り機構としては、ボールねじ３０８およびリンク駆動サーボモータ３０５に代えてリニアモータで各スライダを駆動する構成としてもよい。
【００２４】
リンクヘッド３０１のＸ軸方向位置、Ｚ軸方向位置、及びＹ軸回りの回転角は、リニアガイド３０４に取付けられた図示しない位置センサ（光学式リニアスケール又は磁気式リニアスケール等）により４本の各リンク３０３の位置を各々検出し、これに基づいてリンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御するように構成される。尚、上記の位置検出は、リンクヘッド３０１またはホイール回転主軸ユニット２００の特定箇所を、光学的方法、磁気的方法、又は、電気的方法によって検出する構成としてもよい。この場合は、リンクヘッド３０１またはホイール回転主軸ユニット２００の異なる２点の少なくともＸ軸位置及びＺ軸位置を検出することで、リンクヘッド３０１の位置及び姿勢が制御される。また、リンクヘッド３０１に搭載されたホイール回転主軸ユニット２００上の第１の加工ツール５０１ａは、各々所定の形状で構成され、所定の位置関係で結合固定されるので、上記リンクヘッド３０１の位置及び姿勢を制御することで、第１の加工ツール５０１ａの加工点の位置も制御できる構成となっている。従って、加工中の前記ワークＷの外形、加工位置、及び、加工角度等に応じた加工姿勢を第１の加工ツール５０１ａに採らせることができる。
【００２５】
自動工具交換ユニット４００は、ベッド１０上の所定の位置に載置され、種々の第２の加工ツール５０１ｂを保持可能な複数のツールポッド４０２を有したツールタレット４０３と、Ｘ軸回りに割出し制御をするサーボモータ４０４により構成されている。ツールポッド４０２の内部には、第２の加工ツール５０１ｂの先端部に形成された溝部４０７が所定の力以上で着脱可能となるよう、ボールブッシュ４０５による結合部４０６が形成されている。尚、ツールポッド４０２の数は、ツールタレット４０３の径を大きく設定することで、多数の本数をセット可能に構成できる。
【００２６】
第１の加工ツール５０１ａ及び第２の加工ツール５０１ｂには、旋削加工に使用される旋削用電着ホイール等の旋削工具５０２、穴あけ、溝加工等に使用されるドリル、エンドミル等の切削工具５０３、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具５０４、研削加工に使用される砥石車（例えば、ＣＢＮホイール）等の研削工具５０５、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具５０６がある。尚、旋削用電着ホイール等の旋削工具５０２、穴あけ、溝加工等に使用されるドリル、エンドミル等の切削工具５０３は、主にワークＷの形状を形成するのに使用されるので、形状加工ツールと総称することができる。また、砥石車等の研削工具５０５、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具５０６等は、主にワークＷの精度、表面粗さ等を出すのに使用されるので、仕上げ加工ツールと総称することができる。そして、ホイール回転主軸ユニット２００、多自由度リンク機構３００、及び、自動工具交換ユニット４００によって、形状加工ツール、熱処理加工ツール、及び、仕上げ加工ツールから所定の順序で１つの加工ツールが選択される。
【００２７】
旋削工具５０２としては、バイト、へ一ルバイト等の工具を回転させない状態で使用するものの他、旋削用電着ホイール等の回転状態で使用する工具を装着可能である。ここで旋削用電着ホイールとは、ホイール母材の外周にバイトチップやダイヤモンド、ＣＢＮ等の超砥粒を例えばニッケル等のメッキにより埋め込んだもので、ツールコストに優れる。
【００２８】
穴あけ、溝加工等に使用される切削工具５０３としては、ドリル、タップ、エンドミル、フライス工具等が装着可能で、これらの工具は工具の軸線回り、すなわちＸ軸と平行な軸線回りの回転駆動が必要であるので、Ｚ軸と平行な軸回りの回転であるホイール回転主軸２０１の回転動カの方向を変換する必要がある。この回転方向変換機構はべベルギヤで構成することができ、工具内に組み込むことが可能である。また、ホイール回転主軸２０１の回転動カを用いることなく、工具内にモータ等の回転駆動手段を有する構成としてもよい。
【００２９】
レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具５０４は、高エネルギ密度のレーザビームをワークＷの表面に集束して照射する構成となっている。レーザビームは、炭酸ガスレーザ、高出力の半導体レーザ、レーザアレイ等により供給され、レーザビーム光源は、熱処理工具５０４に内蔵してもよく、また、熱処理工具５０４外の例えばベッド１０上に載置して、レーザビーム光源から発するコリメートしたレーザビームを熱処理工具５０４上に搭載した集光手段により当該集光手段を位置制御して加工点へレーザビームを集束照射して構成するものであってもよい。尚、熱処理工具５０４を使用する場合には、ホイール回転主軸２０１の回転動力は使用しない。
【００３０】
ホイール回転主軸ユニット２００は、ホイール回転主軸２０１を停止状態に保持するブレーキ等の静止手段、ホイール回転主軸２０１の静止トルクが大きく設定できるホイール回転主軸駆動モータ３０１、又は、ホイール回転主軸２０１を停止状態に保持する回転停止サーボ剛性の大きな制御手段を有して構成することが好ましい。また、熱処理工具５０４等のように、回転状態で加工しないツールを使用する場合のための、第１の加工ツール５０１ａをホイール回転主軸ユニット２００に固定するツール装着部を有する構成とすることもできる。
【００３１】
研削加工に使用される砥石車（例えば、ＣＢＮホイール）である研削工具５０５は、ＣＢＮ（Ｃｕｂｉｃ  Ｂｏｒｏｎ  Ｎｉｔｒｉｄｅ：立方晶窒化ホウ素）の砥粒を使用したＣＢＮホイールで、高精度の研削加工が可能な構成となっている。
【００３２】
表面仕上げ工具５０６による超仕上げ加工は、滑らかな表面を得るために砥石に振動を与える超音波発生装置等の加振手段を表面仕上げ工具５０６に内蔵していることが好ましい。また、表面仕上げ工具５０６によるＥＬＩＤ研削加工は、ダイヤモンド砥粒を鋳鉄ボンド剤で固定した砥石車で構成し、また、電解液供給手段および電解電源を具備する構成とするのが望ましい。
【００３３】
（自動工具交換）
図３（ａ）、（ｂ）は、自動工具交換ユニット４００において、第１の加工ツール５０１ａ及び第２の加工ツール５０１ｂの着脱動作の状態における、各ユニットの位置関係を示す図である。図４（ａ）、（ｂ）は、第１の加工ツール５０１ａのツールタレット４０３への回収動作を示す図である。図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、第２の加工ツール５０１ｂのホイール回転主軸ユニット２００への装着工程を示す図である。
【００３４】
ベッド１０上の所定の位置に載置された自動工具交換ユニット４００に対して、ホイール回転主軸ユニット２００が多自由度リンク機構３００により、所定の位置まで駆動され、第１の加工ツール５０１ａの着脱動作が可能な状態になる。所定の位置は、第１の加工ツール５０１ａの先端部に形成された溝部４０７とツールポッド４０２内部のボールブッシュ４０５による結合部４０６との位置により決定される。第１の加工ツール５０１ａの種類により上記の所定の位置が異なる場合には、第１の加工ツール５０１ａの種類で特定される所定の位置が、加工データとして入力され、ＮＣ制御による自動工具交換工程に反映される。
【００３５】
図４（ａ）、（ｂ）は、第１の加工ツール５０１ａのツールタレット４０３への回収動作を説明する図である。ホイール回転主軸ユニット２００に装着されている第１の加工ツール５０１ａは、次の加工工程に移行するステップとして、第１の加工ツール５０１ａのツールタレット４０３への回収を行う。まず、ホイール回転主軸ユニット２００が多自由度リンク機構３００により、所定の位置まで駆動され（図４（ａ））、次に、第１の加工ツール５０１ａの先端部に形成された溝部４０７が所定の力以上で結合部４０６へ挿入される（図４（ｂ））。溝部４０７は、ボールブッシュ４０５に所定の力で保持される。ホイール回転主軸ユニット２００のクランプ部２０３でホイール回転主軸２０１に締結していた第１の加工ツール５０１ａのテーパ部５１０はクランプ解除される。これらの動作が完了した後、ホイール回転主軸ユニット２００は多自由度リンク機構３００により自動工具交換ユニット４００から離間して、回収動作が終了する。
【００３６】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、第２の加工ツール５０１ｂのホイール回転主軸ユニット２００への装着動作を説明する図である。まず、ホイール回転主軸ユニット２００が自動工具交換ユニット４００から離間した状態において、第２の加工ツール５０１ｂがセットされたツールタレット４０３が割出し動作を行う。サーボモータ４０４により次工程で使用する第２の加工ツール５０１ｂがセットされたツールポッド４０２の部分が所定位置になるよう回転動作し、ツールタレット４０３の割出し動作が完了する（図５（ａ））。
【００３７】
装着可能状態となった第２の加工ツール５０１ｂに対してホイール回転主軸ユニット２００が接近し、ホイール回転主軸ユニット２００のクランプ部２０３にテーパ部５１０が結合し、ホイール回転主軸２０１へ締結される。複合加工機用のＨＳＫインターフェース規格によりクランプ部２０３が構成されている場合、第１の加工ツール５０１ａのテーパ部５１０と端面は２面拘束により、ホイール回転主軸２０１に強固に締結される（図５（ｂ））。
【００３８】
上記の加工ツール装着動作が完了した後、ホイール回転主軸ユニット２００は多自由度リンク機構３００により自動工具交換ユニット４００から離間して、次工程のイニシャライズ位置に第１の加工ツール５０１ａがセットされる（図５（ｃ））。その後、ツールタレット４０３が回転し、イニシャライズ位置に戻り、第１の加工ツール５０１ａのホイール回転主軸ユニット２００への装着動作が終了する（図５（ｄ））。
【００３９】
以下の説明においては、実際に加工を行う加工ツールとして、旋削工具５０２、切削工具５０３、熱処理工具５０４、研削工具５０５、及び、表面仕上げ工具５０６により説明し、ホイール回転主軸ユニット２００、又は、自動工具交換ユニット４００のいずれの側に装着されている場合でも、第１の加工ツール５０１ａ及び第２の加工ツール５０１ｂのようには区別しないものとする。
【００４０】
（旋削加工）
図６（ａ）、（ｂ）は、ホイール回転主軸ユニット２００に、旋削加工に使用される旋削工具５０２として旋削用電着ホイールを装着して、ワークＷを旋削加工している状態を示す図である。旋削用電着ホイールをホイール回転主軸２０１で高速回転しながらワークＷを旋削する場合は、通常のバイトによる旋削加工に比べて、ツール磨耗が１／１０以下になり、また、ツールコストは１／２程度に低減できる。旋削工具５０２は、ワークＷの端面を加工する場合は、多自由度リンク機構３００により旋削工具５０２をＹ軸回りに旋回させる。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ワークＷの左右いずれの端面でも旋削工具５０２を旋回して加工でき、また、多自由度リンク機構３００により、最適な旋削工具５０２の姿勢で切込み及び送り動作が可能である。
【００４１】
（熱処理）
図７は、ホイール回転主軸ユニット２００に、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具５０４を装着して、ワークＷを熱処理加工している状態を示す図である。熱処理工具５０４がレーザ焼入れ用の加工ツールである場合は、高エネルギ密度のレーザビームをワークＷの表面に集束して照射する。ワークＷの加工面に形成されるレーザスポットは小径サイズなので、高エネルギ密度のレーザビームにより加熱される範囲はこの小径サイズ近傍であって、この範囲周辺が焼入れされる。ワークＷの回転によりレーザスポットの位置は移動するので、加熱される範囲は急冷され、焼き戻し工程を設けることなく焼入れ工程が完了する。ワークＷの長手方向に熱処理工具５０４を送り動作させながら焼入れ加工を施すと、ワークＷの広範囲に焼入れ加工が可能となる。また、レーザビームによる加熱条件を変化させることで、焼き戻し加工等の種々の熱処理加工が可能となる。さらに、例えば、ワークＷが樹脂材料の場合、短波長のレーザビームを集束して照射することで、ワークＷの表面の改質等、種々の熱処理加工が可能となる。尚、熱処理工具５０４を使用する場合には、ホイール回転主軸ユニット２００のホイール回転主軸２０１を停止状態に保持して加工を行う。
【００４２】
（穴あけ、溝加工）
図８は、ホイール回転主軸ユニット２００に、穴あけ、溝加工等に使用される切削工具５０３を装着して、ワークＷの穴あけ、溝加工等を行っている状態を示す図である。切削工具５０３としてドリルをホイール回転主軸ユニット２００へ装着し、ホイール回転主軸２０１の回転動力あるいは内蔵された回転手段によりドリルを回転させ、ワークＷは回転させずに穴あけ加工を行う。溝加工の場合は、切削工具５０３として、エンドミルを装着し、ワークＷへ切込んだ後、溝加工方向へ移動させることで所望の溝加工が可能となる。
【００４３】
（研削加工）
図９は、ホイール回転主軸ユニット２００に、研削工具５０５として砥石車（例えば、ＣＢＮホイール）を装着して、ワークＷを研削加工している状態を示す図である。研削加工においては、図に示すように、砥石車をワークＷに直角に当接させて加工するだけでなく、図６で旋削加工の説明をしたのと同様に、砥石車を傾斜させてのアングル研削が容易に可能となる。ワークＷの外周面及び左右いずれの端面でも研削工具５０５を旋回させて加工でき、また、多自由度リンク機構３００により、最適な研削工具５０５の姿勢で切込み及び送り動作が可能である。これにより、従来の砥石はもとより、砥石内の領域ごとに組成が異なっている傾斜組成砥石、あるいは、異なる砥石を組合せて形成した異種組成砥石等による新しい研削理論による研削加工を、最適な加工条件で行うこともできる。
【００４４】
（表面仕上げ加工）
ホイール回転主軸ユニット２００に、種々の表面仕上げ工具５０６を装着して、ワークＷの表面仕上げ加工が可能である。砥石に振動を与えながら表面仕上げ加工を行う超仕上げ加工、電解液の中でドレッシングを行いながら研削加工を行うＥＬＩＤ研削等の表面仕上げ加工が可能である。その他、ラッピング、ポリッシング、バフ仕上げ等の表面仕上げも可能である。
【００４５】
（本実施の形態に係る複合加工機による加工工程例）
図１０は、本実施の形態に係る複合加工機による加工工程の例を説明する図である。この加工工程例は、旋削加工、穴あけ加工、レーザ焼入れ処理、研削加工、表面仕上げ加工を本実施の形態に係る複合加工機により、順次加工ツールを交換しながら加工するものである。
【００４６】
長尺状のワークＷを主軸１０５間にセットしてワークＷを支持し、加工をスタートすると、旋削加工のための旋削工具５０２の装着工程により、旋削工具５０２がホイール回転主軸ユニット２００へ装着される（Ｓ１０１）。次に、旋削工具５０２をワークＷの材質に適合した回転数で回転させ、旋削加工を行う。ワークＷの端面を加工する場合は、図１０（ｂ）に示すように、多自由度リンク機構３００により旋削工具５０２をＹ軸回りに旋回させて加工を行う（Ｓ１０２）。尚、図１０（ｂ）では、ワークＷの加工部分に応じて旋削工具５０２を適宜旋回させて加工を行っている状態を示すため、旋削工具５０２を複数の加工箇所に図示している。この工程により、ワークＷの外径加工が終了する。
【００４７】
次に、穴あけ加工を行う。旋削工具５０２をツールタレット４０３へ回収した後、切削工具５０３、すなわち、ドリルをホイール回転主軸ユニット２００へ装着する（Ｓ１０３）。主軸１０５の回転を停止させ、ワークＷを停止させた状態で、ドリルを回転させ所定の深さまで切込んで穴あけ加工が完了する（Ｓ１０４）。
【００４８】
次に、機上焼入れを行う。切削工具５０３をツールタレット４０３へ回収した後、熱処理工具５０４をホイール回転主軸ユニット２００へ装着する（Ｓ１０５）。主軸１０５を回転させてワークＷを所定の回転数で回転させながら、高エネルギ密度のレーザビームをワークＷの表面に集束して照射する。熱処理工具５０４を多自由度リンク機構３００により、所定の距離だけＺ軸方向へ送り、所望の範囲の焼入れ処理を行う。ワークＷの端面も焼入れ処理を行う場合は、多自由度リンク機構３００により熱処理工具５０４をＹ軸回りに旋回させて加工を行う（Ｓ１０６）。
【００４９】
次に、研削加工を行う。熱処理工具５０４をツールタレット４０３へ回収した後、研削工具５０５をホイール回転主軸ユニット２００へ装着する（Ｓ１０７）。ワークＷを研削工具５０５とワークＷの材質に適合した回転数で回転させ、また、研削工具５０５の材質に適合した回転数で回転させて研削加工を行う。ワークＷの端面を加工する場合は、図１０（ｅ）に示すように、多自由度リンク機構３００により研削工具５０５をＹ軸回りに旋回させてアングル研削加工を行う（Ｓ１０８）。尚、図１０（ｅ）では、ワークＷの加工部分に応じて研削工具５０５を適宜旋回させて加工を行っている状態を示すため、研削工具５０５を複数の加工箇所に図示している。
【００５０】
最後に、ワークＷの表面仕上げ加工を行う。研削工具５０５をツールタレット４０３へ回収した後、表面仕上げ工具５０６をホイール回転主軸ユニット２００へ装着する（Ｓ１０９）。装着された表面仕上げ工具５０６により、超仕上げ加工、ＥＬＩＤ研削、ラッピング、ポリッシング、あるいは、バフ仕上げ等の表面仕上げ加工を行う（Ｓ１１０）。以上の一連の加工により、１台の複合加工機で、形状加工から仕上げ加工までのほとんどすべての加工が可能となる。
【００５１】
（本実施の形態の効果）
本実施の形態によれば、以下の効果を有する。
（１）従来の単一加工機の組み合わせによる加工工程が、本複合加工機によりフレキシビリティのある加工工程にできるので、多品種少量生産にも有効なワークの加工を実現できる。
（２）１台の加工機で、加工ツールを交換するのみで、他のユニットは共通に使用できる構成としたので、複合加工機本体を小さくでき、機械設置スペースを生産量等に応じてミニマム化できる。
（３）多自由度リンク機構３００を採用したので、可動部重量が小さくでき、高速高精度の加工が可能となる。
（４）加工ツールを交換するのみで、１台の複合加工機で、形状加工から表面仕上げ加工までのほとんどすべての加工が可能となり、各々の加工法の工程集約が可能となる。
（５）多自由度リンク機構３００を採用し、１つの加工法の中で、種々の姿勢で加工ができるので、当該加工法の中においての工程集約が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る複合加工機の平面図である。
【図２】図１に示す複合加工機の主軸台より後側を前から見た正面図である。
【図３】自動工具交換ユニット４００において、第１の加工ツール５０１ａ及び第２の加工ツール５０１ｂの着脱動作の状態における、各ユニットの位置関係を示す図である。
【図４】第１の加工ツール５０１ａのツールタレット４０３への回収動作を示す図である。
【図５】第２の加工ツール５０１ｂのホイール回転主軸ユニット２００への装着工程を示す図である。
【図６】ホイール回転主軸ユニット２００に、旋削加工に使用される旋削工具５０２として旋削用電着ホイールを装着して、ワークＷを旋削加工している状態を示す図である。
【図７】ホイール回転主軸ユニット２００に、レーザ焼入れヘッド等の熱処理工具５０４を装着して、ワークＷを熱処理加工している状態を示す図である。
【図８】ホイール回転主軸ユニット２００に、穴あけ、溝加工等に使用される切削工具５０３を装着して、ワークＷの穴あけ、溝加工等を行っている状態を示す図である。
【図９】ホイール回転主軸ユニット２００に、研削工具５０５として砥石車（例えば、ＣＢＮホイール）を装着して、ワークＷを研削加工している状態を示す図である。
【図１０】本実施の形態に係る複合加工機による加工工程の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５３】
１      複合加工機                  １０  ベッド
１００  ワーク支持駆動ユニット      １０１  主軸台ベース
１０２  主軸台スライドガイド        １０３  主軸台
１０４  主軸駆動モータ              １０５  主軸
２００  ホイール回転主軸ユニット    ２０１  ホイール回転主軸
２０２  トラクションドライブユニット
２０３  クランプ部
３００  多自由度リンク機構          ３０１  リンクヘッド
３０２  リニアガイドベース          ３０３  リンク
３０４  リニアガイド                ３０５  リンク駆動サーボモータ
３０６  ホイール回転主軸駆動モータ  ３０７  スライダ
３０８  ボールねじ
４００  自動工具交換ユニット        ４０２  ツールポッド
４０３  ツールタレット              ４０４  サーボモータ
４０５  ボールブッシュ              ４０６  結合部
４０７  溝部
５０１ａ  第１の加工ツール          ５０１ｂ  第２の加工ツール
５０２  旋削工具              ５０３  切削工具
５０４  熱処理工具            ５０５  研削工具
５０６  表面仕上げ工具        ５１０  テーパ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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