(57)【要約】【課題】主軸をベルト駆動する構造の複合旋盤において、Ｃ軸加工時の機械の振動を防止し、加工精度を向上させるとともに、機械寿命を延長させ、また機械コストを低減する。【解決手段】主軸モータの回転をベルトを介して主軸に伝達する構造の複合旋盤において、Ｃ軸加工時にのみベルト張力を高くする。すなわち、ＮＣ装置の加工プログラムからＣ軸モードへの変換が指令されたときに、前記主軸と主軸モータとの間に巻架されている主軸駆動ベルト１１の張力付加装置１５を作動させる張力付加信号ａを出力し、Ｃ軸モードからの復帰が指令されたときに当該張力付加装置を作動解除する張力付加解除信号ｂを出力する。この発明により、軸受寿命やベルト寿命を低下させることなく、Ｃ軸加工時に生じていた加工精度の低下や工具の振動を防止できる。【選択図】      図１
2007108869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸(1)の位置フィードバック信号を受けて主軸モータ(7)の回転角を制御するＣ軸モードを備えたＮＣ装置(13)を用い、当該ＮＣ装置の加工プログラムからＣ軸モードへの変換が指令されたときに、前記主軸と主軸モータとの間に巻架されている主軸駆動ベルト(11)の張力付加装置(15)を作動させる張力付加信号(a)を出力し、Ｃ軸モードからの復帰が指令されたときに当該張力付加装置を作動解除する張力付加解除信号(b)を出力する、工作機械における主軸駆動ベルトの張力制御方法。
【請求項２】
主軸モータ(7)の回転を主軸(1)に伝達する主軸駆動ベルト(11)を備えた複合旋盤において、ＮＣ装置(13)からの指令(a,b)により作動及び作動解除され、その作動時にローラ(16)の周面で前記ベルトを押圧して屈曲させる張力付加装置(15)を備え、前記ＮＣ装置は、加工プログラムからＣ軸モードへの変換が指令されたときに、前記張力付加装置を作動させ、Ｃ軸モードからの復帰が指令されたときに当該張力付加装置を作動解除することを特徴とする、複合旋盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主軸モータの回転をベルトを介して主軸に伝達する構造の工作機械に関するもので、当該ベルトの張力制御方法及びそのような制御手段を備えた複合旋盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベルト伝動装置は、ベルトの張力が低すぎると伝達可能トルクが減少し、被駆動軸の回転負荷が増大したときに、ベルトスリップが発生する。一方、ベルト張力を高くすると、駆動軸及び被駆動軸に作用する横荷重が増加して、これらの軸を支持している軸受の寿命を低下させる。軸受寿命の低下を防ぐには、軸受を大型化する必要が生じ、機械コストを上昇させると共に、軸の許容回転数を低下させる。そこで摩擦駆動ベルトにおいても、歯付ベルトのような同期ベルトにおいても、ベルトに必要以上の張力を付与することは避けなければならない。最適には、最大トルクを伝達するときにベルトの緩み側の張力がゼロになるように、ベルトの張力を設定すればよい。このことは、工作機械の主軸を駆動する主軸駆動ベルトについても当てはまる。
【０００３】
しかし工作機械では、加工時に主軸に作用するトルクは大きく変動し、主軸に作用する瞬間的なピークトルクを理論的に求めることは不可能なので、加工時における主軸速度及び加工負荷の統計的な実績データに基づいて、主軸駆動ベルトの初期張力の設定を行っている。
【０００４】
複合旋盤は、旋削加工の他に、主軸回転に送り機能、すなわちＮＣ装置からの指令により主軸角度を割出したり、指令速度で主軸を低速回転させる機能と、刃物台に装着したドリルやフライスカッタなどの回転工具を駆動する工具駆動軸とを備えており、これらの協働動作によって、主軸に把持されたワークの周面に孔開け加工や平面加工、螺旋溝の加工などを行うことができる。このような主軸の割出や低速送りをする制御を一般にＣ軸制御と言っており、Ｃ軸制御の基で行う加工をＣ軸加工と言っている。Ｃ軸加工を可能にした工作機械では、主軸の回転角の正確な割出や正確な速度での低速送りが必要なので、エンコーダなどで主軸の回転角を検出して制御器にフィードバックし、ＮＣ装置からの位置指令と、このフィードバック信号とに基づいて主軸モータを制御している。このように一般の旋削加工時とＣ軸加工時とでは、主軸回転の制御が全く異なるので、複合旋盤ではＮＣ装置に主軸の回転を正確に制御可能なＣ軸モードという制御モードを設けて、Ｃ軸加工を行うときは、割り当てられたコードにより、加工プログラムでＣ軸モードへの制御の変換を指令し、またＣ軸加工が終了したときは、Ｃ軸モードからの復帰を指令している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
主軸モータの回転をベルトで主軸に伝達する構造の複合旋盤において、Ｃ軸加工を行っているとき、加工精度の低下や工具の振動が生ずることがあった。
【０００６】
この発明は、主軸をベルト駆動する構造の複合旋盤において、Ｃ軸加工時の機械の振動を防止し、加工精度を向上させるとともに、機械寿命を延長させ、また機械コストを低減することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者らがＣ軸加工時に工具の振動や加工精度の低下が生ずる現象を詳細に観察したところ、このような現象は主軸の回転方向の微小振動に起因していると推測され、この主軸の微小振動がＣ軸加工時における負荷変動によって生じていると認められた。Ｃ軸加工時の主軸トルクは、旋削加工時のトルクに比べて小さいので、適正張力に設定したベルトにスリップが生じているとは考えられず、ベルトの伸縮が負荷変動に共振していると推測された。そこでベルト張力を高くしてＣ軸加工を行ったところ、主軸の振動が生じないことが認められた。しかし、Ｃ軸加工時の加工精度を向上させるために、ベルト張力を高くすると、前述したように、軸受寿命やベルト寿命が低下するという問題が生ずる。
【０００８】
この発明は、上記の知見及び問題点に鑑みてなされたもので、主軸モータの回転をベルトを介して主軸に伝達する構造の複合旋盤において、Ｃ軸加工時にのみベルト張力を高くすることによって、軸受寿命やベルト寿命を低下させることなく、Ｃ軸加工時に生じていた加工精度の低下や工具の振動という問題を解決したものである。
【０００９】
すなわち、本願の請求項１の発明は、工作機械の主軸１の位置フィードバック信号を受けて主軸モータ７の回転角を制御するＣ軸モードを備えたＮＣ装置１３を用い、当該ＮＣ装置の加工プログラムからＣ軸モードへの変換が指令されたときに、前記主軸と主軸モータとの間に巻架されている主軸駆動ベルト１１の張力付加装置１５を作動させる張力付加信号ａを出力し、Ｃ軸モードからの復帰が指令されたときに当該張力付加装置を作動解除する張力付加解除信号ｂを出力する、工作機械における主軸駆動ベルトの張力制御方法を提供することにより上記課題を解決したものである。
【００１０】
本願の請求項２の発明は、上記方法を実施する複合旋盤に関し、主軸モータ７の回転を主軸１に伝達する主軸駆動ベルト１１を備えた複合旋盤において、ＮＣ装置１３からの指令ａ、ｂにより作動及び作動解除され、その作動時にローラ１６の周面で前記ベルトを押圧して屈曲させる張力付加装置１５を備え、前記ＮＣ装置は、加工プログラムからＣ軸モードへの変換が指令されたときに、前記張力付加装置を作動させ、Ｃ軸モードからの復帰が指令されたときに当該張力付加装置を作動解除することを特徴とする複合旋盤である。
【００１１】
張力付加装置１５のローラ１６は、作動位置、すなわちローラ１６でベルト１１を押圧するときの位置が常に定位置となるように、ストッパ２０で規定される位置に油圧力で進出させる構造が好ましい。また、張力付加装置１５が作動したときのベルト１１の張力を調整できるように、前記ストッパ２０の位置調整装置２１を設ける構造が好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、Ｃ軸加工時に主軸１に作用する切削負荷の微小変動に共振する主軸駆動ベルトの伸び縮み振動を防止することができ、主軸１の回転方向の微小振動が抑えられ、Ｃ軸加工時の加工精度を向上させることができる。また、旋削加工時には、ローラ１６により付加される張力が解除されるため、ベルト１１や主軸１及びモータ７の軸受寿命を低下させることもない。
【００１３】
更にこの発明により、ベルト１１の初期設定張力を従来の設定値より低くすることが可能になったので、ベルト１１の寿命及び主軸モータ７のシャフト８や軸受の寿命を従来より長くすることが可能になり、機械寿命の延長が可能になった。
【００１４】
また、ベルト１１の設定張力を低くすることが可能になったため、旋削回転時に主軸モータのシャフト８に加わる曲げ応力が低下し、Ｃ軸加工時には張力が付加されるために当該シャフトの曲げ応力が増加するけれども、Ｃ軸加工時は旋削加工時より主軸トルクが小さく、従ってモータシャフトのねじり応力が減少する分、曲げ応力に対して強くなるので、Ｃ軸加工時にベルト張力を大きくしても、モータシャフトに掛る応力は旋削加工時より小さい。従って、旋削加工時の曲げ応力が減少した分、シャフトの細い小型モータを使用することができ、機械の小型化が可能になるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１は、Ｃ軸加工を行っている複合旋盤の要部を示すブロック図で、１は旋盤の主軸、２は主軸端に設けたワーク把持チャック、３はチャック２に把持されたワーク、４は刃物台、５は刃物台４に設けた回転工具駆動装置、６は回転工具駆動装置５の工具駆動軸に装着した回転工具、７は主軸駆動用のスピンドルモータ、９はスピンドルモータ７のシャフト８に固定された駆動プーリ、１０は主軸１に固定された従動プーリ、１１はプーリ９、１０間に巻架された複数本のＶベルトからなる主軸駆動ベルト、１２は主軸１の回転を検出するエンコーダ、１３はＮＣ装置、１４はスピンドルアンプ、１５はベルト張力付加装置、１６はそのローラである。
【００１６】
ＮＣ装置１３は、動作している加工プログラムで指令された回転指令をスピンドルアンプ１４に出力し、速度指令がスピンドルアンプ１４からスピンドルモータ７に与えられる。スピンドルモータ７は、与えられた速度指令に基づいて回転し、ベルト１１を介して伝達された主軸１の回転がエンコーダ１２で検出されて、その検出速度が速度フィードバック信号としてスピンドルアンプ１４に返され、スピンドルアンプ１４は、速度指令と検出速度の差であるポジションエラー（位置偏差）が０となる方向に速度指令を変化させる。これにより、Ｃ軸制御時の主軸１の位置及び速度が正確に制御される。
【００１７】
図２、３に明瞭に示されているように、プーリ９、１０の略中間位置のベルト１１に隣接して、進出時にベルト１１の複数本のＶベルト全体を押接するように自由回転ローラ１６が設けられている。自由回転ローラ１６は、不動の支点軸１７回りに揺動可能なアーム１８に両端を軸支され、その両端のアームには、それぞれ当該アームをベルト押接方向に揺動させる油圧シリンダ１９と、アーム１８の進出位置を規定するストッパ２０とが設けられている。各ストッパ２０には、その位置を微調整する調整ねじ２１が設けられている。油圧シリンダ１９の進退は、油圧回路２２に設けた切換弁２３を動作させることによって行われており、この切換弁２３は、ＮＣ装置１３からの切換信号ａ及び復帰信号ｂにより切換えられる。
【００１８】
旋削加工時、主軸空転時、機械停止時などのＣ軸加工時以外のときは、図３に示すように油圧シリンダ１９が縮退して、ローラ１６はベルト１１から離隔している。加工プログラムからＣ軸モードへの制御変換コードが指定されると、ＮＣ装置１３はＣ軸モードに変換され、同時にバルブ切換信号ａが出力されて、油圧シリンダ１９が進出し、図２に示すように、ローラ１６をベルト１１に押圧してベルト１１を屈曲させることにより、張力を付与する。この状態で加工プログラムで指令されたＣ軸加工が行われる。Ｃ軸加工が終了して加工プログラムからＣ軸モードからの復帰コードが指令されると、ＮＣ装置は旋削モードに復帰し、同時にバルブ復帰信号ｂが出力されて、油圧シリンダ１９は退避し、ローラ１６がベルト１１から離隔して、ベルト１１は初期張力状態となる。
【００１９】
油圧シリンダ１９が進出したとき、ローラ１６を支持しているアーム１８は、ストッパ２０の位置で停止し、油圧シリンダ１９は油圧力によってローラ１６をストッパ２０で規制される定位置に保持し続けるので、ベルト１１には常に一定の付加張力が加わった状態となり、この付加張力によって負荷変動のベルト１１の伸縮量が小さく抑えられて、ベルト１１の伸縮に起因する共振が抑制され、主軸１の微小振動が回避された、より精度の高いＣ軸加工が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】Ｃ軸加工中の複合旋盤を示す模式的なブロック図
【図２】張力付加状態のベルトの側面図
【図３】張力付加解除状態のベルトの側面図
【符号の説明】
【００２１】
１  旋盤の主軸
３  ワーク
６  回転工具
７  スピンドルモータ
13  ＮＣ装置
14  スピンドルアンプ
15  ベルト張力付加装置
16  ベルト張力付加装置のローラ
18  アーム
19  油圧シリンダ
20  ストッパ
23  切替弁
ａ  切換信号
ｂ  復帰信号
【図１】
2007108869.tif 000003
【図２】
2007108869.tif 000004
【図３】
2007108869.tif 000005