(57)【要約】【課題】レーザの効率、省スペース等において有利な熱処理加工ツールを有し、粗加工から熱処理、及び、仕上げまでワークを主軸から取り外さずに工程集約して加工可能な複合加工機及びこれを使用した加工方法を提供することにある。【解決手段】予め定めた方向に設定されたＸ軸、及びＸ軸に直交するＺ軸のＸＺ平面内で移動するワーク加工ユニットと、ワークに熱処理を施す熱処理加工ツールと、ワークに形状加工を施す形状加工ツール、又は、ワークに仕上げ加工を施す仕上げ加工ツールから選択されたツールをワーク加工ユニットに装着するツール装着ユニットと、を有し、熱処理加工ツールは、レーザ発振器から導光部を介して受光した光をワークに集光する集光ヘッドを含むことを特徴とする複合加工機とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた方向に設定されたＸ軸、及び前記Ｘ軸に直交するＺ軸のＸＺ平面内で移動するワーク加工ユニットと、
ワークに熱処理を施す熱処理加工ツールと、
前記ワークに形状加工を施す形状加工ツール、又は、前記ワークに仕上げ加工を施す仕上げ加工ツールの少なくとも一方から選択されたツールを前記ワーク加工ユニットに装着するツール装着ユニットと、を有し、
前記熱処理加工ツールは、レーザ発振器から導光部を介して受光した光を前記ワークに集光する集光ヘッドを含むことを特徴とする複合加工機。
【請求項２】
前記熱処理加工ツールは、前記ワーク加工ユニットに予め装着されていることを特徴とする請求項１記載の複合加工機。
【請求項３】
前記熱処理加工ツールは、前記形状加工ツール、前記仕上げ加工ツールとともに前記ワーク加工ユニットに選択的に装着可能であることを特徴とする請求項１記載の複合加工機。
【請求項４】
前記レーザ発振器は、８００〜１０００ｎｍの波長の近赤外レーザ光を発振する半導体レーザであり、
前記導光部は、光ファイバであることを特徴とする請求項１又は３に記載の複合加工機。
【請求項５】
前記集光ヘッドは、前記ワーク加工ユニットにクランプ部を介して固定され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】
さらに、前記熱処理ツールから照射された近赤外線レーザにより加熱された前記ワークを急冷して焼入れ加工するための冷却手段を有することを特徴とする請求項１又は３に記載の複合加工機。
【請求項７】
前記冷却手段は、前記形状加工時または前記仕上げ加工時に前記ワークにクーラントを供給するクーラント供給ノズルを有することを特徴とする請求項６記載の複合加工機。
【請求項８】
請求項１から８のいずれかに記載の複合加工機を使用し、
前記熱処理ツールにより前記ワークに近赤外線レーザを照射し、空気中で冷却することによって焼きならし加工を施して前記ワークの被加工性を向上させた後に、前記形状加工ツールによって前記ワークに形状加工を施し、又は前記仕上げ加工ツールによって前記ワークに仕上げ加工を施すことを特徴とする複合加工機による加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の加工ツールにより複数の加工法でワークの加工を施す複合加工機に関し、特に、焼入れ等の熱処理加工ツールを有する複合加工機及びこれを使用した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。そして、レーザによる熱処理装置を搭載した複合加工機も提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１による複合加工機は、複合加工機の近傍にレーザ発振器を備え、この発振器から工作機械に取り付けたミラーを介して集光レンズにより被加工物の被加工部分へ照射して加工を行なうものである。これによれば、工作機械による加工作業とレーザ発振器による加工作業をこの工作機械上で行なうことができるので、複数の加工作業を一体的に行なうことができ、作業人員の削減及び作業能率の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開昭５９−５０９８３号公報
【０００４】
しかし、特許文献１に示された複合加工機では、複合加工機に適したレーザ発振器及び構成は示されておらず、レーザの効率、省スペース等において十分ではない。
【０００５】
また、従来から熱処理装置としては、高周波熱処理装置や浸炭熱処理装置があるが、装置が大型でイニシャルコスト、ランニングコストが高くなると共に、粗加工から熱処理、及び、仕上げまでをワークを着脱せずに加工して工程集約することが困難である。
【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、レーザの効率、省スペース等において有利な熱処理加工ツールを有し、粗加工から熱処理、及び、仕上げまでワークを主軸から取り外さずに工程集約して加工可能な複合加工機及びこれを使用した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】
本発明の実施の形態によれば、予め定めた方向に設定されたＸ軸、及び前記Ｘ軸に直交するＺ軸のＸＺ平面内で移動するワーク加工ユニットと、ワークに熱処理を施す熱処理加工ツールと、前記ワークに形状加工を施す形状加工ツール、又は、前記ワークに仕上げ加工を施す仕上げ加工ツールの少なくとも一方から選択されたツールを前記ワーク加工ユニットに装着するツール装着ユニットと、を有し、前記熱処理加工ツールは、レーザ発振器から導光部を介して受光した光を前記ワークに集光する集光ヘッドを含むことを特徴とする複合加工機を提供する。
【０００８】
また、上記発明において、前記熱処理加工ツールは、前記ワーク加工ユニットに予め装着されているものであってもよい。
【０００９】
また、上記発明において、前記熱処理加工ツールは、前記形状加工ツール、前記仕上げ加工ツールとともに前記ワーク加工ユニットに選択的に装着可能であってもよい。
【００１０】
また、上記発明において、前記レーザ発振器は、８００〜１０００ｎｍの波長の近赤外レーザ光を発振する半導体レーザであり、前記導光部は、光ファイバであってもよい。
【００１１】
また、上記発明において、前記集光ヘッドは、前記ワーク加工ユニットにクランプ部を介して固定されるものであってもよい。
【００１２】
また、上記発明において、さらに、前記熱処理ツールから照射された近赤外線レーザにより加熱された前記ワークを急冷して焼入れ加工するための冷却手段を有するものであってもよい。
【００１３】
また、上記発明において、前記冷却手段は、前記形状加工時または前記仕上げ加工時に前記ワークにクーラントを供給するクーラント供給ノズルを有するものであってもよい。
【００１４】
また、本発明の実施の形態によれば、上記いずれかの発明に係る複合加工機を使用し、前記熱処理ツールにより前記ワークに近赤外線レーザを照射し、空気中で冷却することによって焼きならし加工を施して前記ワークの被加工性を向上させた後に、前記形状加工ツールによって前記ワークに形状加工を施し、又は前記仕上げ加工ツールによって前記ワークに仕上げ加工を施すことを特徴とする複合加工機による加工方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、レーザの効率、省スペース等において有利な熱処理加工ツールを有し、粗加工から熱処理、及び、仕上げまでワークを主軸から取り外さずに工程集約して加工可能な複合加工機及びこれを使用した加工方法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】
（複合加工機の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る複合加工機の平面図であり、ワーク加工ユニット２００に熱処理加工ツールである集光ヘッド６００が装着された図である。尚、図１において、上下にＸ方向及び左右にＺ方向を規定する。
【００１７】
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。
【００１８】
複合加工機１は、ベッド１０上に載置され、軸物あるいは長尺状のワーク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、ベッド１０上に装架されてＸ及びＺ方向の移動及び位置決めを行なうＸステージ３０１及びＺステージ３０２と、Ｚステージ３０２上に載置され各種の加工ツールを着脱可能に搭載するワーク加工ユニット２００と、加工ツールをワーク加工ユニット２００の所定位置に着脱するツール装着ユニット４００とを有する。尚、ワーク加工ユニット２００は、Ｘステージ３０１及びＺステージ３０２によりＸ及びＺ方向の移動を行うだけでなく、例えば、閉リンク機構を並列に配置した所謂パラレル機構等によりＸＺ平面内で移動するものであってもよい。
【００１９】
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、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。
【００２０】
ワーク加工ユニット２００は、研削加工等の工具の回転とワークＷとの回転により加工を行なう場合には、加工ツール５０１を装着したツール回転主軸２０２をツール駆動モータ２０１で所定回転数で回転駆動する。また、旋削、熱処理等の工具を回転させずワークＷの回転により加工を行なう場合には、加工ツール５０１を装着したツール回転主軸２０２は回転させず所定の回転方向位置で所定の静止剛性で固定される。
【００２１】
尚、研削加工等の工具を回転させる構成では、ツール駆動モータ２０１に直結して回転させる以外に、ギアやベルトによる回転駆動方式、あるいは、摩擦伝導によるトラクションドライブ方式等であってもよい。
【００２２】
ツール回転主軸２０２は、加工ツール５０１のテーパ部５１０をクランプして、加工ツール５０１とツール回転主軸２０２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。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、加工ツール５０１のテーパ部５１０と端面は２面拘束により、ツール回転主軸２０２に強固に締結される。
【００２３】
ツール装着ユニット４００は、ベッド１０上の所定の位置に載置され、種々の加工ツール５０１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、加工ツール５０１の先端部に形成された溝部４０５が所定の力以上で着脱可能となるよう、ボールブッシュによる結合部４０６が形成されている。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係る複合加工機において、図１の集光ヘッド６００がワーク加工ユニット２００に装着された状態からツール交換され、集光ヘッド６００がツール装着ユニット４００のツールポッド４０２に回収された状態を示す図である。この状態から、他の加工ツール５０１をワーク加工ユニット２００に装着するには、サーボモータ４０４によりツールタレット４０３をＸ軸回りに１８０度回転させて他の加工ツール５０１をワーク加工ユニット２００側の装着可能な位置に移動させる。この状態からＺステージ３０２を駆動してワーク加工ユニット２００を他の加工ツール５０１まで移動させて、クランプ部２０３を介して他の加工ツール５０１をワーク加工ユニット２００に固定する。
【００２５】
加工ツール５０１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加工ツールとしての熱処理工具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、ワーク加工ユニット２００、及び、自動ツール装着ユニット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。尚、熱処理加工ツールは、自動ツール装着ユニット４００によって交換されずに、所定の場所に載置されたものであってもよい。
【００２６】
旋削工具５０２としては、バイト等、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。
【００２７】
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軸回りの回転駆動が必要であるので、Ｚ軸回りの回転であるツール回転主軸２０２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、例えば、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、ツール回転主軸２０２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。
【００２８】
図３は、熱処理工具５０４の具体的構成を示すものであり、集光ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバ６０２から構成されることを示す図である。
【００２９】
熱処理工具５０４は、集光ヘッド６００、レーザ発振器６０１、及び、光ファイバ６０２から構成される。高出力のレーザ発振器６０１は、例えばベッド１０上に載置され、光ファイバカップラ６０３を介して光ファイバ６０２の一端に光学的に接続され、光ファイバ６０２の他端は光ファイバカップラ６０３を介して集光ヘッド６００へ光学的に接続されている。集光ヘッド６００は、ワークＷに対してＸ方向の位置を制御して所定のレーザビームサイズでレーザ発振器６０１から導光したレーザビームを照射するための集光レンズ６２０を有する。ここで、熱処理工具５０４は、焼入れ、焼きならし、焼鈍し、または、焼戻し等の熱処理加工に使用される。
【００３０】
尚、熱処理工具５０４を使用する場合には、ツール回転主軸２０２の回転動力は使用せず、ツール回転主軸２０２は、所定の静止剛性で固定され、集光ヘッド６００は、ワーク加工ユニット２００に固定された状態で熱処理動作を行なう。尚、集光ヘッド６００は、ワーク加工ユニット２００に搭載されずに、ワーク加工ユニット２００以外、例えば、ベッド１０上に載置されてもよく、また、自動ツール装着ユニット４００によって交換されずに、所定の場所に載置されたものであってもよい。
【００３１】
レーザ発振器６０１は、レーザスタックモジュール６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ及び６１０ｄ、偏光カップリング板６１１、波長カップリング板６１２とを有して構成されている。レーザスタックモジュール６１０は、レーザ発光素子を多数積層（スタック）して高出力化したものである。各レーザスタックモジュール６１０は、ビーム整形し、所定の直線偏光状態のコリメート光にした後、偏光カップリング板６１１によりビーム合成を行う。
【００３２】
合成されるレーザスタックモジュール６１０ａと６１０ｂの偏光方向は互いに直交しており、例えばポラロイドフィルムで構成された偏光カップリング板６１１では、レーザスタックモジュール６１０ａから出射するレーザビームは透過し、６１０ｂから出射するレーザビームは反射することで、1つのレーザビームに合成される。６１０ｃ及び６１０ｄのレーザビームも同様に合成される。
【００３３】
レーザスタックモジュール６１０ａ、６１０ｂの発振波長と、レーザスタックモジュール６１０ｃ、６１０ｄの発振波長とを異なる発振波長に設定しておき、波長カップリング板６１２を上記異なる発振波長の一方を透過し他の一方を反射する波長フィルタで構成することにより、波長カップリング板６１２の出射側で１つのレーザビームに合成される。
【００３４】
このように構成されたレーザ発振器６０１は、例えば、発光点間隔２ｍｍで２５段スタックすることにより、合成されたレーザビームの光出力は１ｋＷである。また、発振波長は、８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外光であり、本構成では、８００ｎｍと８３０ｎｍの２波長を有する構成となっている。
【００３５】
光ファイバ６０２は、例えば、ファイバコア径が６００μｍの石英光ファイバケーブルである。光ファイバ６０２のファイバケーブル長は、図１に示すように、集光ヘッド６００がワーク加工ユニット２００に装着されて所定の加工範囲を移動でき、かつ、図３に示すように、集光ヘッド６００がツールポッド４０２に収納された状態でも光ファイバ６０２の断線、あるいは、他の移動部材の動きを阻害することのない必要かつ十分な長さに設定して構成されている。
【００３６】
集光ヘッド６００は、光ファイバカップラ６０３を介して光ファイバ６０２から導光されたレーザビームをワークＷの加工表面に所定のビーム径で集光させる集光レンズ６２０を有して構成されている。
【００３７】
集光レンズ６２０は、１又は２以上のレンズの組み合わせにより構成され、例えば、ＮＡ０．２で、ワークＷの加工表面に所定のレーザビーム径で集光される。
【００３８】
集光されるレーザビーム径は、集光ヘッド６００のワークＷの加工表面に対する位置により制御することができ、例えば、１ｍｍ〜１０ｍｍまで変化するよう設定できる。あるいは、集光ヘッド６００上の集光レンズ６２０を光軸方向へ移動させる機構を有する構成とすることにより、ワークＷの加工表面までの距離を変化させるようにして、集光されるレーザビームの径を変化させることもできる。
【００３９】
また、ワークＷの加工表面に集光されるレーザビームは、略矩形状のビームプロファイルを有するものとすることもできる。各レーザスタックモジュール６１０でのビーム整形においてファーフィールドパターンを略矩形状にしておくことで、ワークＷの加工表面に集光されるレーザビームを、例えば、１ｍｍ×１ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍの略矩形状にすることもできる。
【００４０】
集光ヘッド６００には、ツール回転主軸２０２のクランプ部２０３に締結するためのテーパ部５１０が形成されている。具体的には、テーパ部５１０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。
【００４１】
また、集光ヘッド６００には、ワークＷの加工表面にクーラント等の強制冷却用流体を供給するための冷却装置として、供給ノズル７００が搭載されている。供給ノズル７００は、集光ヘッド６００に搭載されていなくても、集光ヘッド６００の移動に対応してワークＷの加工表面へクーラントを供給できればよい。また、クーラントの供給は、形状加工又は仕上げ加工で使用するクーラントの供給と併用してもよい。また、ワークＷの加工表面を強制冷却する手段は、クーラント供給以外でもよく、例えば、水、エアー、液体窒素等によるものでもよい。
【００４２】
また、上記強制冷却によらず、ワークＷの加工表面を加熱後に、自然冷却させる自己冷却法によっても熱処理加工を施すことができる。
【００４３】
ワーク加工ユニット２００は、ツール回転主軸２０２を停止状態に保持するブレーキ等の静止手段、ツール回転主軸２０２の静止トルクが大きく設定できるツール駆動モータ２０１、又は、ツール回転主軸２０２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は、テーパ部５１０とクランプ部２０３による締結でなく、他の固定方法による構成とすることもできる。
【００４４】
研削工具５０５は、例えば、ＣＢＮ(Cubic Boron Nitride:立方晶窒化ホウ素）の砥粒を使用したＣＢＮホイールであり、高精度の研削加工が可能な構成となっている。
【００４５】
表面仕上げ工具５０６は、超仕上げ加工により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。また、表面仕上げ工具５０６は、ＥＬＩＤ研削加工用として、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され、また、電解液供給手段および電解電源を具備する構成とされている。
【００４６】
（本実施の形態に係る複合加工機による加工工程例１）
図４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。
【００４７】
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がワーク加工ユニット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（Ｓ１０２）。この工程により、ワークＷの外径加工が終了する。
【００４８】
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、ドリルをワーク加工ユニット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）。
【００４９】
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、集光ヘッド６００をワーク加工ユニット２００へ装着する（Ｓ１０５）。集光ヘッド６００をＸステージ３０１及びＺステージ３０２により、焼入れ開始位置に移動させる。Ｘステージ３０１により集光レンズ６２０からワークＷの加工表面に照射されるレーザビーム径が決定される。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、Ｚステージ３０２により集光ヘッド６００を所定の速度で送り動作させる。本加工例では、レーザビームの光出力１ｋＷ、加工表面でのレーザビームサイズ２ｍｍ×２ｍｍ、焼入れ速度５ｍｍ／ｓの条件とすると、焼入れ温度は約１０００度であった。
【００５０】
集光レンズ６２０からワークＷの加工表面にレーザビームを照射して約１０００度の焼入れ温度に加熱しながら、供給ノズル７００からクーラントを加工表面に供給して、約２００度まで急冷させる。このような焼入れ加工を所定の熱処理範囲に連続的に行なうことにより、ワークＷは表面から約３ｍｍの深さまで焼入れ処理が施された（Ｓ１０６）。
【００５１】
次に、研削加工を行う。集光ヘッド６００をツールタレット４０３へ回収した後、研削工具５０５をワーク加工ユニット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（Ｓ１０８）。
【００５２】
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をワーク加工ユニット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。また、上記した加工工程例１では、形状加工、熱処理、仕上げ加工を組み合せた加工工程としたが、形状加工と熱処理とを組み合せた加工工程、あるいは、熱処理と仕上げ加工とを組み合せた加工工程とすることも容易に可能である。
【００５３】
上記した本発明の実施の形態では、熱処理加工ツールがワーク加工ユニットに着脱可能とされ、ツール装着ユニットによりツール交換される構成を示したが、本発明の他の実施の形態として、熱処理加工ツールがワーク加工ユニット上の形状加工ツールおよび仕上げ加工ツールの装着箇所とは異なる箇所に予め（常時）装着されている構成とすることも容易に可能である。
【００５４】
（本実施の形態に係る複合加工機による加工工程例２）
上記示した加工工程例１において、研削加工（Ｓ１０８）又は仕上げ加工（Ｓ１０９）に先立って、研削又は仕上げ加工の取代に相当する深さまで焼きならしを行う。集光ヘッド６００をワーク加工ユニット２００へ装着した後、集光ヘッド６００をＸステージ３０１及びＺステージ３０２により、焼きならし開始位置に移動させる。Ｘステージ３０１により集光レンズ６２０からワークＷの加工表面に照射されるレーザビーム径が決定される。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、Ｚステージ３０２により集光ヘッド６００を所定の速度で送り動作させる。本加工工程例２では、ワークＷの加工表面の温度をＡ３変態点以上の９００度に加熱し、空気中で冷却（放冷）することにより焼きならしを行う。その他の工程は、加工工程例１と同様である。
【００５５】
本発明の実施の形態によれば、以下の効果を有する。
（１）従来の工作機械では困難であった機上焼入れ等の熱処理加工を、ワークＷを主軸から取り外すことなく、粗加工から仕上げ加工までの間に行なうことが可能となり、工程集約してプロセス一貫した効率のよい加工方法を実現することができる。
（２）レーザ発振器として、発振波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍの近赤外半導体レーザを使用するので、ワークＷの吸収率が他のレーザと比較して高いという効果を有する。図５は、発振波長とワークＷの吸収率との関係を示すものである。近赤外の半導体レーザは、波長１０．６μｍのＣＯ２レーザに比べてワークＷの吸収率が非常に大きく、また、波長１．０６μｍのＮｂ―ＹＡＧレーザに比べても吸収率が大きく、焼入れ等の熱処理加工を最もよく行なう鋼について、レーザ発振器として近赤外半導体レーザを使用することは加工効率の向上に繋がる。また、アルミニウム（Aｌ）材では８００ｎｍ付近に吸収率のピークを有する。従って、リードタイム短縮、加工コスト低減に大きな効果を有すると共に、レーザ発振器をコンパクトに構成できるので、加工機の設置面積を小さくできるという効果も有する。
（３）熱処理加工として、熱処理条件を変えることで、種々の熱処理をワークＷに施すことができる。加工工程例１に示した焼入れの他に、加工工程例２で示したように、焼きならし加工を一連の加工工程の中で機上でワンチャックで行うことができる。焼きならし加工により、金属組織が微細化され、強度並びに靱性が向上する。これにより、その後に行われる形状加工あるいは仕上げ加工におけるワークＷの被加工性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【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り、ワーク加工ユニット２００に熱処理加工ツールである集光ヘッド６００が装着された図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る複合加工機において、図１の集光ヘッド６００がワーク加工ユニット２００に装着された状態からツール交換され、集光ヘッド６００がツール装着ユニット４００のツールポッド４０２に収納された状態を示す図である。熱処理工具５０４を構成するレーザ発振器、集光ヘッド、及び、両者を光学的に接続する光ファイバを示す図である。
【図３】熱処理工具５０４を構成するレーザ発振器、集光ヘッド、及び、両者を光学的に接続する光ファイバを示す図である。
【図４】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。
【図５】発振波長とワークＷの吸収率との関係を示すものである。
【符号の説明】
【００５７】
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  ワーク加工ユニット              ２０１  ツール駆動モータ
２０２  ツール回転主軸                  ２０３  クランプ部
３０１  Ｘステージ                      ３０２  Ｚステージ
４００  ツール装着ユニット              ４０２  ツールポッド
４０３  ツールタレット                  ４０４  サーボモータ
４０５  溝部                            ４０６  結合部
５０１  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
６００  集光ヘッド                      ６０１  レーザ発振器
６０２  光ファイバ                      ６０３  光ファイバカップラ
６１０ａ、６１０ｂ、６１０ｃ、６１０ｄ    レーザスタックモジュール
６１１  偏光カップリング板              ６１２  波長カップリング板
７００  供給ノズル
【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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