JP6562545B2

JP6562545B2 - 旋盤

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Publication number: JP6562545B2
Application number: JP2015140287A
Authority: JP
Inventors: 幸次土持
Original assignee: DMG Mori Co Ltd
Current assignee: DMG Mori Co Ltd
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2019-08-21
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Also published as: US20170014963A1; JP2017019070A; DE102016212753A1; CN106346028A

Description

本発明は、被加工物を保持して軸線中心に回転させる主軸装置と、それぞれ工具を保持する２つの移動体であって、前記主軸装置の軸線を挟んで相互に対峙するように配設される第１及び第２移動体とを備えた旋盤に関し、更に詳しくは、一方の移動体に保持された工具によって前記被加工物を加工する際に、他方の移動体に保持された支持部材によって、前記被加工物の加工部位を、その反対側から支持するように構成された旋盤に関する。

上述した旋盤の一つとして、従来、特開２００８−２５４１１８号公報（下記特許文献１）に開示された複合加工旋盤が知られている。この複合加工旋盤は、ワークを把持する第１の主軸と、第１の主軸に対向して配設される第２の主軸と、第１の主軸と第２の主軸を結ぶ中心線の上方に配設される上刃物台と、第１の主軸と第２の主軸を結ぶ中心線の下方に配設される下刃物台を備えた複合加工旋盤であって、下刃物台は、ワークを下方から支持するワーク支持装置を備えている。

そして、前記ワーク支持装置は、例えば、下刃物台に着脱自在に装着されるワーク支持ホルダと、このワーク支持ホルダに取り付けられて、前記ワークに接触するワーク支持部材とから構成される。また、ワーク支持装置は、ワークと接触する先端部に球状部を備えていても良く、或いは、ワーク支持ホルダとワーク支持部材との間にバネ機構を備えていても良い。また、下刃物台の軸送り用に設けられるサーボモータのトルクを制御することによって、ワークの支持力を制御することが可能である。

斯くして、この複合加工旋盤によれば、下刃物台にワーク支持装置を備えることにより、特に長尺のワークのミル加工時等に、ワークを最適な位置で支持することにより、びびり振動の発生を防止することができ、また、下刃物台の軸送り用に設けられるサーボモータのトルクを制御することによって、ワークの支持力を最適に制御することができるとのことである。

特開２００８−２５４１１８号公報

ところで、上記特許文献１では、あまり詳しく開示されていないが、上述したサーボモータの適正なトルク制御は、従来一般的には、サーボモータの出力トルクに上限値（リミット）を設定することによって行われており、サーボモータの出力トルクが上限値を超えないように当該サーボモータを制御することで、ワークの支持力が過大にならないように、言い換えれば、過大な支持力を作用させることによってワークが変形しないようにしていた。尚、出力トルクの上限値は、刃物台を移動させるのに必要なトルクと、ワークを適正に支持するための支持力に等価なトルクとを加味して設定される。

ところが、刃物台を移動させるのに必要なトルク、即ち、前記サーボモータが出力すべき適正な出力トルクは、送り軸を介して移動させる刃物台の重量や、当該刃物台の移動を案内する案内部の抵抗値、即ち、サーボモータに作用する負荷によって変動するため、その値を一律には設定することができず、したがって、これを基にしては、出力トルクの上限値を適正に設定することができないという問題があった。

例えば、刃物台に装着される工具（工具ホルダを含む）の種類及び数は、ワークの加工内容によって異なり、このため、刃物台の重量は、実行される加工に応じて変動することになる。また、前記案内部の抵抗値は、案内部の摩耗等に起因する案内性能の劣化によって、経年的に変化するため、これを一律に設定することはできない。

本発明は以上の実情に鑑みなされたものであって、加工時に、支持部材によって、被加工物の加工部位とは反対側の部位を支持する際に、その支持力を常に適正に設定することができる旋盤の提供を、その目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、
被加工物を保持する主軸を有し、該被加工物を前記主軸の軸線中心に回転させる主軸装置と、
前記主軸の軸線を挟んで相互に対峙するように配設され、前記主軸の軸線と平行な第１軸及び該第１軸と直交する第２軸を含む平面内で移動可能に設けられるとともに、それぞれ工具を保持可能な第１移動体及び第２移動体と、
前記第１移動体を前記第１軸方向及び第２軸方向に移動させる第１送り機構と、
前記第２移動体を前記第１軸方向及び第２軸方向に移動させる第２送り機構と、
前記主軸装置、前記第１送り機構及び第２送り機構を制御する制御装置とを備えた旋盤であって、
前記第１送り機構及び第２送り機構は、それぞれ前記第１軸方向に移動させるための第１軸サーボモータ、及び前記第２軸方向に移動させるための第２軸サーボモータを備え、
前記制御装置は、前記第１送り機構及び第２送り機構の内、一方の送り機構を駆動し、これに対応した一方の移動体を移動させて、該一方の移動体に配設された工具によって前記被加工物を加工する際に、他方の送り機構を駆動して、これに対応した他方の移動体を移動させ、該他方の移動体に配設された支持部材によって、前記被加工物の加工部位を、その反対側から支持するように構成されるとともに、前記被加工物を支持する際には、前記他方の送り機構の前記第２軸サーボモータに、予め設定された制限範囲内の電流を供給するように構成された旋盤において、
前記制御装置は、予め、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを駆動して、前記他方の移動体を前記第２軸方向に移動させる負荷検出動作を実行するとともに、このときに該第２軸サーボモータに供給される電流値を検出し、検出された電流値を基に、前記制限範囲を設定する処理を行うように構成された旋盤に係る。

上記構成を備えた本発明に係る旋盤によれば、前記制御装置による制御の下で加工が実行される前に、まず、当該制御装置により、予め、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給される電流の制限範囲が設定される。即ち、当該制御装置は、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを駆動して、前記他方の移動体を前記第２軸方向に移動させる動作（負荷検出動作）を実行するとともに、このときに該第２軸サーボモータに供給する電流値を検出し、検出した電流値を基に、前記制限範囲を設定する。

前記負荷検出動作時に検出される電流値は、前記他方の移動体を前記第２軸方向に移動させる際に、前記第２軸サーボモータが出力すべきトルクに応じたもの、言い換えれば、出力トルクと等価なものである。そして、この出力トルク（検出電流値に等価）と、ワークを適正に支持するための支持力に等価なトルク（支持力に見合う電流値（支持電流値））とを加味して、前記制限範囲が設定される。具体的には、例えば、前記他方の移動体が上下方向に移動可能になっており、前記他方の移動体を上方に移動させることによって前記被加工物を上方に向けて支持する場合には、前記検出電流値に支持電流値を加えた値が上限値として設定され、前記他方の移動体を下方に移動させることによって前記被加工物を下方に向けて支持する場合には、検出電流値から支持電流値差し引いた値が下限値として設定される。

そして、以上のようにして、前記制御装置により、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給される電流の制限範囲を予め設定した後、当該制御装置による制御の下で、前記第１送り機構及び第２送り機構の内、一方の送り機構により、これに対応した一方の移動体が駆動されて、この一方の移動体に配設された工具によって被加工物が加工されるるとともに、他方の送り機構により、これに対応した他方の移動体が駆動されて、この他方の移動体に配設された支持部材によって、前記被加工物の加工部位がその反対側から支持され、その際、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータには、予め設定された制限範囲内の電流が供給される。

斯くして、本発明に係る旋盤によれば、一方の移動体に配設された工具によって被加工物を加工する際に、他方の移動体に配設された支持部材によって、当該被加工物の加工部位をその反対側から支持するようにしているので、従来と同様に、ワークにびびり振動等が発生するのを防止することができる。

そして、前記他方の移動体に配設された支持部材により、被加工物を支持させる際には、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給する電流の制限範囲を、加工を実行する直前に、予め設定することができるので、このようにして設定した制限範囲内の電流を、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給することで、被加工物を適正な支持力で支持することができ、過大な支持力でワークを支持することによって、ワークに変形が生じるといった不都合が生じるのを防止することができる。

即ち、上述したように、ワークの加工内容によって、前記他の移動体に装着される工具（工具ホルダを含む）の種類及び数が異なるため、当該他の移動体の重量は、ワークの加工内容によって異なり、また、前記他の移動体を案内する案内部の抵抗値は、経年的に変化するので、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給される電流の制限範囲は、加工を実行する直前に、適切に設定されるのが好ましい。本発明に係る旋盤によれば、上記のように、この制限範囲を、加工を実行する直前に設定することができるので、前記被加工物を適正な支持力で支持することが可能となる。

尚、本発明において、前記制御装置は、
前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを動作させて、前記他方の移動体を前記第２軸方向に移動させる負荷検出動作実行部と、
前記負荷検出動作実行部による操作中に前記第２軸サーボモータに供給される電流値を検出する負荷検出部と、
前記負荷検出部によって検出された電流値を基に、前記制限範囲を設定する制限範囲設定部とを備えた構成としても良い。

このような構成の制御装置によれば、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを動作させて、前記他方の移動体を前記第２軸方向に移動させる負荷検出動作が、前記負荷検出動作実行部によって実行され、この負荷検出動作中に、前記第２軸サーボモータに供給される電流値が前記負荷検出部によって検出され、検出された電流値を基に、前記制限範囲設定部によって、前記制限範囲が設定される。

また、前記制限範囲設定部は、前記負荷検出部によって検出された電流値に、予め設定された値を加算又は減算することによって前記制限範囲を算出するように構成されていても良い。

上述したように、例えば、前記他方の移動体が上下方向に移動可能になっており、前記他方の移動体を上方に移動させることによって前記被加工物を上方に向けて支持する場合には、前記検出電流値に予め設定された値を加えた値が上限値（制限範囲）として設定され、前記他方の移動体を下方に移動させることによって前記被加工物を下方に向けて支持する場合には、検出電流値から予め設定された値を減算した値が下限値（制限範囲）として設定される。

また、本発明において、前記制御装置は、前記他方の送り機構を駆動して、前記支持部材により前記被加工物を支持する際に、前記他方の移動体について、前記第２軸方向における、移動目標位置に対する誤差量を検出し、検出された誤差量が予め設定された許容値を超えたとき、前記他方の移動体を現在位置に停止させるように、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを制御するように構成されているのが好ましい。

本発明では、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給される電流値が、前記制限範囲内に制限されるので、前記被加工物に前記支持部材が当接すると、前記他方の移動体は、それ以上前記第２軸方向に移動することができないので、移動目標位置に対する誤差量が徐々に増大していく。この場合に、このまま第２軸サーボモータに電流を供給し続けると、エネルギーが無駄になる。そこで、前記誤差量が予め設定された許容値を超えたとき、他方の移動体を現在位置に停止させるように制御すれば、前述したエネルギーの無駄を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係る旋盤によれば、一方の移動体に配設された工具によって被加工物を加工する際に、他方の移動体に配設された支持部材によって、当該被加工物の加工部位をその反対側から支持するようにしているので、ワークにびびり振動等が発生するのを防止することができる。

また、前記他方の移動体に配設された支持部材により、被加工物を支持させる際には、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給する電流の制限範囲を、加工を実行する直前に、予め設定することができるので、このようにして設定した制限範囲内の電流を、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータに供給することで、被加工物を適正な支持力で支持することができ、過大な支持力でワークを支持することによって、ワークに変形が生じるといった不都合が生じるのを防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る旋盤の概略構成を示した説明図である。第１の実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。第１の実施形態に係る電流制限範囲の設定について説明するための説明図である。本発明の第２の実施形態に係る旋盤の概略構成を示した説明図である。第２の実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。第２の実施形態に係る電流制限範囲の設定について説明するための説明図である。

以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

［第１の実施形態］
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る旋盤の概略構成を示した説明図であり、図２は、第１の実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。

図１に示すように、本例の旋盤１は、主軸装置２、第１刃物台１０及び第２刃物台２０、第１刃物台１０を移動させる第１送り機構１１、第２刃物台２０を移動させる第２送り機構２１、並びに前記主軸装置２，第１送り機構１１及び第２送り機構２１を制御する制御装置３０などから構成される。

前記主軸装置２は、主軸４と、この主軸４を回転自在に保持する主軸台３と、主軸４の前端面に装着されて、ワークＷを把持するチャック５と、前記主軸４をその軸線Ｌを中心に回転させる主軸モータ（図示せず）とを備えている。

前記第１刃物台１０及び第２刃物台２０は鉛直方向の上下に配設されており、前記第１刃物台１０は前記主軸４の軸線Ｌより上方に配設され、第２刃物台２０は前記主軸４の軸線Ｌより下方に配設されている。尚、本例では、前記第１刃物台１０に工具Ｔ１が装着され、第２刃物台２０には工具Ｔ２，Ｔ３が装着されており、これら工具Ｔ１，Ｔ２及びＴ３によってワークＷが加工されるようになっているが、当然のことながら、これはあくまでも一例であって、これに限定されるものではない。また、前記第２刃物台２０には、前記工具Ｔ２及びＴ３の他に、支持部材２８が装着されている。

前記第１送り機構１１は、Ｘ軸送り軸１３及びＸ軸サーボモータ１４を有する第１Ｘ軸送り機構１２、並びにＺ軸送り軸１６及びＺ軸サーボモータ１７を有する第１Ｚ軸送り機構１５から構成され、この第１Ｘ軸送り機構１２により、前記第１刃物台１０を、鉛直方向に沿ったＸ軸方向に移動させるとともに、前記第１Ｚ軸送り機構１５により、前記第１刃物台１０を、前記Ｘ軸と直交し、且つ前記主軸４の軸線Ｌに沿ったＺ軸方向に移動させる。

同様に、前記第２送り機構２１は、Ｘ軸送り軸２３及びＸ軸サーボモータ２４を有する第２Ｘ軸送り機構２２、並びにＺ軸送り軸２６及びＺ軸サーボモータ２７を有する第２Ｚ軸送り機構２５から構成され、この第２Ｘ軸送り機構２２により、前記第２刃物台２０を前記Ｘ軸方向に移動させるとともに、前記第２Ｚ軸送り機構２５により、前記第２刃物台２０を前記Ｚ軸方向に移動させる。尚、前記Ｘ軸送り軸１３，２３及びＺ軸送り軸１６，２６は、それぞれ公知のボールねじ機構などから構成される。

斯くして、前記第１刃物台１０は、前記第１送り機構１１により、Ｘ軸−Ｚ軸平面内で移動し、同様に、前記第２刃物台２０は、前記第２送り機構２１により、Ｘ軸−Ｚ軸平面内で移動する。

前記制御装置３０は、前記主軸装置２の主軸モータ（図示せず）、前記第１送り機構１１のＸ軸サーボモータ１４及びＺ軸サーボモータ１７、並びに前記第２送り機構２１のＸ軸サーボモータ２４及びＺ軸サーボモータ２７を制御する。

図２に示すように、本例の制御装置３０は、加工プログラム実行部３１、位置指令生成部３２、位置制御部３３、速度制御部３４、電流制御部３５、負荷検出動作実行部３６、負荷検出部３７及び制限範囲設定部３８などを備えている。

尚、図２に示した位置制御部３３、速度制御部３４及び電流制御部３５は、第２Ｘ軸送り機構２２のＸ軸サーボモータ２４を制御する機能部であり、第１Ｘ軸送り機構１２のＸ軸サーボモータ１４、第１Ｚ軸送り機構１５のＺ軸サーボモータ１７及び第２Ｚ軸送り機構２５のＺ軸サーボモータ２７に対しても、これらに相当する機能部が当然に必要であるが、本例では、便宜上、これら機能部の図示と説明を省略するものとする。同様に、前記主軸装置２の主軸モータ（図示せず）を制御するための機能部も当然に必要であるが、これについても、便宜上、その図示と説明を省略するものとする。

前記加工プログラム実行部３１は、適宜実行指令を受信することにより処理を開始して、適宜加工プログラムを実行する機能部であり、当該加工プログラムを解析して、前記第１Ｘ軸送り機構１２，第１Ｚ軸送り機構１５，第２Ｘ軸送り機構２２及び第２Ｚ軸送り機構２５に関する各移動位置及び送り速度などを認識して、前記位置指令生成部３２に送信する処理を行う。また、この加工プログラム実行部３１は、前記主軸モータ（図示せず）に関する指令については、認識された指令を、前記主軸モータ（図示せず）を制御する機能部（図示せず）に送信する処理を行う。

尚、この加工プログラム実行部３１によって実行される加工動作には、前記第１送り機構１１により前記第１刃物台１０を駆動して、当該第１刃物台１０に装着された工具Ｔ１によってワークＷを加工する際に、前記第２送り機構２１により前記第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向に移動させ、当該第２刃物台２０に装着された支持部材２８を、前記工具Ｔ１によって加工されるワークＷの、当該加工部位の反対側に当接させてこれを支持する支持動作が含まれる。

前記位置指令生成部３２は、前記加工プログラム実行部３１から受信した前記第１Ｘ軸送り機構１２，第１Ｚ軸送り機構１５，第２Ｘ軸送り機構２２及び第２Ｚ軸送り機構２５に関する移動位置及び送り速度などを基に、第１Ｘ軸送り機構１２，第１Ｚ軸送り機構１５，第２Ｘ軸送り機構２２及び第２Ｚ軸送り機構２５における各位置指令を生成し、生成した第２Ｘ軸送り機構２２に関する位置指令を位置制御部３３に送信するとともに、第１Ｘ軸送り機構１２，第１Ｚ軸送り機構１５及び第２Ｚ軸送り機構２５に関する各位置指令をそれぞれ対応する位置制御部（図示せず）に送信する。

前記位置制御部３３は、前記位置指令生成部３２から受信した位置指令に従って速度指令を生成し、生成した速度指令を速度制御部３４に送信し、速度制御部３４は受信した速度指令に従って電流指令を生成し、生成した電流指令を電流制御部３５に送信し、電流制御部３５は受信した電流指令に従って駆動電流を生成し、生成した駆動電流をＸ軸サーボモータ２４に供給する。斯くして、Ｘ軸サーボモータ２４は、このようにして供給された駆動電流によって駆動される。

また、Ｘ軸サーボモータ２４にはロータリエンコーダが付設されており、このロータリエンコーダによって検出される実位置と指令位置との偏差（誤差）が、前記位置指令に対してフィードバックされるとともに、この偏差が位置指令生成部３２にも送信される。尚、本例では、送信される偏差が許容値を超えると、位置指令生成部３２による位置指令の生成が停止されるとともに、適宜制動機構によってＸ軸送り軸２３の回転がロックされるようになっている。

前記負荷検出動作実行部３６は、適宜実行指令を受信することにより処理を開始して、前記負荷検出部３７に検出開始信号を送信するとともに、負荷検出用の動作プログラムを実行する機能部である。この負荷検出用の動作プログラムは、まず、前記第２刃物台２０を、前記支持部材２８がワークＷを支持可能な回転位置に割出した状態で、当該支持部材２８がワークＷと十分余裕をもって干渉しない初期位置に移動せる動作と、当該第２刃物台２０を、前記初期位置からＸ軸マイナス方向に設定された位置であって、当該支持部材２８とワークＷとが接触しない検出位置に所定速度で移動させる動作とを行わせるためのプログラムである。

前記負荷検出動作実行部３６は、上述した負荷検出用の動作プログラムを実行して、第２Ｘ軸送り機構２２及び第２Ｚ軸送り機構２５に関する移動位置及び送り速度などを前記位置指令生成部３２に送信する。そして、位置指令生成部３２は、負荷検出動作実行部３６から受信した移動位置及び送り速度などを基に、第２Ｘ軸送り機構２２及び第２Ｚ軸送り機構２５における各位置指令を生成し、生成した第２Ｘ軸送り機構２２に関する位置指令を位置制御部３３に送信するとともに、第２Ｚ軸送り機構２５に関する位置指令を対応する位置制御部（図示せず）に送信する。

前記負荷検出部３７は、前記負荷検出動作実行部３６によって負荷検出用の動作プログラムが実行され、第２刃物台２０が前記初期位置から検出位置までＸ軸マイナス方向（上方向）に移動する間に、前記電流制御部３５からＸ軸サーボモータ２４に供給される電流値を検出する機能部である。

前記制限範囲設定部３８は、前記負荷検出部３７によって検出された電流値を基に、前記電流制御部３５からＸ軸サーボモータ２４に供給される電流値を制限する範囲を設定する機能部である。この制限範囲は、前記第２送り機構２１の第２Ｘ軸送り機構２２によって、前記第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向（上方向）に移動させて当該第２刃物台２０に装着された支持部材２８によりワークＷを支持する支持動作を行う際に、支持部材２８が過大な力によってワークＷを押圧することが無いように、Ｘ軸サーボモータ２４に供給される電流値を制限するために、設定されるものである。

前記負荷検出部３７によって検出される電流値は、前記第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向に移動させる際に、前記Ｘ軸サーボモータ２４が出力すべきトルクに応じたもの、即ち、出力トルクと等価なものである。前記制限範囲設定部３８は、この出力トルク（検出電流値に等価）と、ワークＷを適正に支持するための支持力に等価なトルク（支持力に見合う電流値（支持電流値）に等価）とを加味して、前記制限範囲を設定する。

ところで、前記第２刃物台２０を前記初期位置からＸ軸マイナス方向（上方向）に前記検出位置まで移動させる間に、前記負荷検出部３７によって検出される電流値は、第２刃物台２０の重量や、その案内部の摩擦抵抗などによって異なる。

例えば、図３（ａ）に示すように、第２刃物台２０に前記支持部材２８のみが装着されている場合に、第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向（上方向）に移動させる際にＸ軸サーボモータ２４が出力するべきトルクは、第２刃物台２０の重力を支えるのに必要なトルクを「３」とし、案内部の動摩擦に相当するトルクを「１」とし、第２刃物台２０を移動させるのに要するトルクを「１」とすると、重力等価のトルク「３」と、動摩擦等価のトルク「１」と、移動に要するトルク「１」とを加えて、「５」となる。一方、図３（ｂ）に示すように、第２刃物台２０に、前記支持部材２８に加えて工具Ｔ２及びＴ３が装着され、その重力に等価なトルクが「４」に増加したとすると、Ｘ軸サーボモータ２４が出力するべきトルクは、この重力等価のトルク「４」に、動摩擦等価のトルク「１」及び移動に要するトルク「１」を加えて、「６」となる。尚、図３に示した例は、あくまでも、Ｘ軸サーボモータ２４に供給されるべき電流が、第２刃物台２０の重量や、案内部の摩擦抵抗によって異なることを説明するための概念的なものに過ぎない。

このように、前記第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向（上方向）に移動させる際に、Ｘ軸サーボモータ２４に供給される電流は、第２刃物台２０の重量や、その案内部の摩擦抵抗などによって異なるが、本例では、実際に、第２刃物台をＸ軸マイナス方向（上方向）に移動させた際に、前記電流制御部３５からＸ軸サーボモータ２４に供給される電流を、前記負荷検出部３７によって検出するようにしているので、当該第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向（上方）に移動させる際に、Ｘ軸サーボモータ２４に供給されるべき電流を、正確に、確認することができる。

そして、前記制限範囲設定部３８は、このようにして正確に認識された、前記第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向（上方向）に移動させる際に必要な電流値に、ワークＷを支持部材２８によって適正に支持するための支持力に等価な支持電流値を加算して、前記制限範囲としての上限値を設定する。

以上の構成を備えた本例の旋盤１によれば、前記加工プログラム実行部３１によって加工が実行される前に、まず、前記負荷検出動作実行部３６により負荷検出用の動作プログラムが実行されるとともに、この動作プログラムの実行によって、前記第２刃物台２０が前記初期位置から前記検出位置までＸ軸マイナス方向（上方向）に移動する間に、前記負荷検出部３７により、前記電流制御部３５からＸ軸サーボモータ２４に供給される電流値が検出される。そして、前記制限範囲設定部３８により、検出電流値に前記支持電流値を加算することによって前記制限範囲としての上限電流値が設定される。

そして、このようにして、前記電流制御部３５からＸ軸サーボモータ２４に供給される電流の上限値が設定された後、前記加工プログラム実行部３１によって加工が実行される。即ち、加工プログラムに従って、前記第１送り機構１１、第２送り機構２１及び主軸モータ（図示せず）が駆動され、チャック５に把持されたワークＷが、第１刃物台１０に装着された工具Ｔ１、並びに第２刃物台２０に装着された工具Ｔ２及びＴ３によって加工される。

そして、この加工動作において、前記第１送り機構１１により前記第１刃物台１０を駆動して、当該第１刃物台１０に装着された工具Ｔ１によってワークＷを加工する際には、前記第２送り機構２１により前記第２刃物台２０をＸ軸マイナス方向（上方向）に移動させて、当該第２刃物台２０に装着された支持部材２８を、前記工具Ｔ１によって加工されるワークＷの、当該加工部位とは反対側の部位に当接させて、これを支持する支持動作が実行される。

そして、この支持動作を実行中に、即ち、第２刃物台２０が支持位置として設定された目標位置に到達する前に、前記支持部材２８がワークＷに当接すると、位置決め誤差が増大するため、前記電流制御部３５は、これを修正すべくＸ軸サーボモータ２４に供給する電流を徐々に増加させることになるが、当該電流制御部３５は、前記制限範囲設定部３８によって、Ｘ軸サーボモータ２４に供給する電流の大きさが制限され、前記制限範囲設定部３８によって設定された上限値以下の電流を前記Ｘ軸サーボモータ２４に供給する。

斯くして、本例の旋盤１によれば、第１刃物台１０に装着された工具Ｔ１によってワークＷを加工する際に、第２刃物台２０に装着された支持部材２８によって、当該ワークＷの加工部位をその反対側から支持するようにしているので、ワークＷにびびり振動等が発生するのを防止することができる。

また、第２刃物台２０に装着された支持部材２８により、ワークＷを支持する際には、当該第２刃物台２０を駆動するＸ軸サーボモータ２４に供給される電流の上限値を、加工を実行する直前に設定することができるので、このようにして設定した上限値以下の電流を前記Ｘ軸サーボモータ２４に供給することで、ワークＷを適正な支持力で支持することができ、過大な支持力でワークＷを支持することによって、ワークに変形が生じるといった不都合が生じるのを防止することができる。

上述したように、ワークＷの加工内容によって、前記第２刃物台２０に装着される工具の種類及び数が異なるため、当該第２刃物台２０の重量は、ワークＷの加工内容によって異なり、また、第２刃物台２０の移動を案内する案内部の抵抗値は、経年的に変化するので、前記Ｘ軸サーボモータ２４に供給される電流の上限値は、加工を実行する直前に適切に設定されるのが好ましい。本例の旋盤１によれば、上記のように、この上限値を、加工を実行する直前に設定することができるので、ワークＷを適正な支持力で支持することができる。

また、上述のように、第２刃物台２０が支持位置として設定された目標位置に到達する前に、前記支持部材２８がワークＷに当接すると、位置決め誤差（偏差）が増大するが、本例の旋盤１では、この偏差が許容値を超えると、位置指令生成部３２による位置指令の生成が停止されるとともに、適宜制動機構によって前記Ｘ軸送り軸２３の回転がロックされ、当該第２刃物台２０がこの位置に停止される。

本例の旋盤１では、前記電流制御部３５からＸ軸サーボモータ２４に供給される電流の大きさが制限されるので、支持部材２８がワークＷに当接した後に、当該支持部材２８が過大な力でワークＷを押圧するのが防止され、これによってワークＷの変形が防止されるものの、Ｘ軸サーボモータ２４に上限値以下の電流を供給し続けると、このエネルギーが無駄になる。そこで、前記偏差が予め設定された許容値を超えたときに、位置指令生成部３２による位置指令の生成を停止するとともに、適宜制動機構によって前記Ｘ軸送り軸２３の回転をロックして、当該第２刃物台２０を停止させるようにすれば、このようなエネルギーの無駄を抑制することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態に係る旋盤の概略構成を示した説明図であり、図５は、第２の実施形態に係る制御装置の概略構成を示したブロック図である。

図４に示すように、この旋盤１’は、下側の第２刃物台２０に装着した工具Ｔ１でワークＷを加工するときに、上側の第１刃物台１０に装着した支持部材２８によってワークＷを支持するように構成されている。尚、図４及び図５において、上記旋盤１と同じ構成部分については同じ符号を付し、以下ではその詳しい説明を省略する。

図５に示すように、この旋盤１’における制御装置３０’は、加工プログラム実行部３１’、位置指令生成部３２’、位置制御部３３’、速度制御部３４’及び電流制御部３５’、負荷検出動作実行部３６’、負荷検出部３７’及び制限範囲設定部３８’などを備える。

前記加工プログラム実行部３１’は、上例の加工プログラム実行部３１と同様に、適宜実行指令を受信することにより処理を開始して、適宜加工プログラムを実行するが、実行する加工動作には、前記第２送り機構２１により前記第２刃物台２０を駆動して、当該第２刃物台２０に装着された工具Ｔ１によってワークＷを加工する際に、前記第１送り機構１１により前記第１刃物台１０をＸ軸マイナス方向（下方向）に移動させ、当該第１刃物台１０に装着された支持部材２８を、前記工具Ｔ１によって加工されるワークＷの、当該加工部位の反対側に当接させてこれを支持する支持動作が含まれる。

前記位置制御部３３’、速度制御部３４’及び電流制御部３５’は、上例の位置制御部３３、速度制御部３４及び電流制御部３５に相当するもので、第１Ｘ軸送り機構１２のＸ軸サーボモータ１４を制御するが、実質的な処理は上例の位置制御部３３、速度制御部３４及び電流制御部３５と同じである。また、位置指令生成部３２’は上例の位置指令生成部３２に相当し、その実質的な処理は上例の位置指令生成部３２と同じである。

前記負荷検出動作実行部３６’は、上例の負荷検出動作実行部３６と同様に、適宜実行指令を受信することにより処理を開始して、前記負荷検出部３７’に検出開始信号を送信するとともに、負荷検出用の動作プログラムを実行する。この負荷検出用の動作プログラムは、まず、前記第１刃物台１０を、前記支持部材２８がワークＷを支持可能な回転位置に割出した状態で、当該支持部材２８がワークＷと十分余裕をもって干渉しない初期位置に移動せる動作と、当該第１刃物台１０を、前記初期位置からＸ軸マイナス方向に設定された位置であって、当該支持部材２８とワークＷとが接触しない検出位置に所定速度で移動させる動作とを行わせるためのプログラムである。

負荷検出動作実行部３６’は、上記負荷検出用動作プログラムを実行して、第１Ｘ軸送り機構１２及び第１Ｚ軸送り機構１５に関する移動位置及び送り速度などを前記位置指令生成部３２’に送信する。そして、位置指令生成部３２’は、負荷検出動作実行部３６’ から受信した移動位置及び送り速度などを基に、第１Ｘ軸送り機構１２及び第１Ｚ軸送り機構１５における各位置指令を生成し、生成した第１Ｘ軸送り機構１２に関する位置指令を位置制御部３３’に送信するとともに、第１Ｚ軸送り機構１５に関する位置指令を対応する位置制御部（図示せず）に送信する。

前記負荷検出部３７’は、前記負荷検出動作実行部３６’によって負荷検出動作プログラムが実行され、第１刃物台１０が前記初期位置から検出位置までＸ軸マイナス方向（下方向）に移動する間に、前記電流制御部３５’からＸ軸サーボモータ１４に供給される電流値を検出する。

そして、前記制限範囲設定部３８’は、前記負荷検出部３７’によって検出された電流値を基に、前記電流制御部３５’からＸ軸サーボモータ１４に供給される電流値を制限する範囲を設定する。この制限範囲は、前記第１送り機構１１の第１Ｘ軸送り機構１２によって、前記第１刃物台１０をＸ軸マイナス方向に移動させて当該第１刃物台１０に装着された支持部材２８によりワークＷを支持する支持動作を行う際に、支持部材２８が過大な力によってワークＷを押圧することが無いように、Ｘ軸サーボモータ１４に供給される電流値を制限するために、設定されるものである。

前記負荷検出部３７’によって検出される電流値は、前記第１刃物台１０をＸ軸マイナス方向に移動させる際に、前記Ｘ軸サーボモータ１４が出力すべきトルクに応じたもの、即ち、出力トルクと等価なものであり、制限範囲設定部３８’は、この出力トルク（検出電流値に等価）と、ワークＷを適正に支持するための支持力に等価なトルク（支持力に見合う電流値（支持電流値））とを加味して、前記制限範囲を設定する。

この旋盤１’では、例えば、図６（ａ）に示すように、第１刃物台１０に支持部材２８のみが装着されている場合に、第１刃物台１０をＸ軸マイナス方向（下方向）に移動させる際にＸ軸サーボモータ１４が出力するべきトルクは、第１刃物台１０の重力を支えるのに必要なトルクを「３」とし、案内部の動摩擦に相当するトルクを「−１」とし、第１刃物台１０を移動させるのに要するトルクを「−０．５」とすると、重力等価のトルク「３」と、動摩擦等価のトルク「−１」と、移動に要するトルク「−０．５」とを加えて、「１．５」となる。一方、図６（ｂ）に示すように、第１刃物台１０に、前記支持部材２８に加えて工具Ｔ２及びＴ３が装着され、その重力に等価なトルクが「４」に増加したとすると、Ｘ軸サーボモータ１４が出力するべきトルクは、この重力等価のトルク「４」に、動摩擦等価のトルク「−１」及び移動に要するトルク「−０．５」を加えて、「２．５」となる。尚、図６に示した例は、あくまでも、Ｘ軸サーボモータ１４に供給されるべき電流が、第１刃物台１０の重量や、案内部の摩擦抵抗によって異なることを説明するための概念的なものに過ぎない。

このように、前記第１刃物台１０をＸ軸マイナス方向（下方向）に移動させる際に、Ｘ軸サーボモータ１４に供給される電流は、第１刃物台１０の重量や、その案内部の摩擦抵抗などによって異なるが、本例では、実際に、第１刃物台をＸ軸マイナス方向（下方向）に移動させた際に、前記電流制御部３５’からＸ軸サーボモータ１４に供給される電流を、前記負荷検出部３７’によって検出するようにしているので、当該第１刃物台１０をＸ軸マイナス方向（下方向）に移動させる際に、Ｘ軸サーボモータ１４に供給されるべき電流を、正確に、確認することができる。

そして、前記制限範囲設定部３８’は、このようにして正確に認識された、前記第１刃物台１０をＸ軸マイナス方向（下方向）に移動させる際に必要な電流値に、ワークＷを支持部材２８によって適正に支持するための支持力に等価な支持電流値を減算して、前記制限範囲としての下限値を設定する。

斯くして、この旋盤１’によっても、第２刃物台２０に装着された工具Ｔ１によってワークＷを加工する際に、第１刃物台１０に装着された支持部材２８によって、当該ワークＷの加工部位をその反対側から支持するようにしているので、ワークＷにびびり振動等が発生するのを防止することができる。

そして、第１刃物台１０に装着された支持部材２８により、ワークＷを支持する際には、当該第１刃物台１０を駆動するＸ軸サーボモータ１４に供給される電流の下限値を、加工を実行する直前に、設定することができるので、このようにして設定した下限値以上の電流を、前記Ｘ軸サーボモータ１４に供給することで、ワークＷを適正な支持力で支持することができ、過大な支持力でワークＷを支持することによって、ワークに変形が生じるといった不都合が生じるのを防止することができる。

尚、この旋盤１’においても、第１刃物台１０が支持位置として設定された目標位置に到達する前に、前記支持部材２８がワークＷに当接して、位置決め誤差（偏差）が許容値を超える場合には、位置指令生成部３２’による位置指令の生成が停止されるとともに、適宜制動機構によって前記Ｘ軸送り軸１３の回転がロックされ、当該第１刃物台１０がこの位置に停止される。そして、このようにすることにより、上述の如く、エネルギーの無駄が抑制される。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。

例えば、上例の旋盤１及び旋盤１’では、第１刃物台１０と第２刃物台２０とが鉛直方向に配設されているが、このような構成に限られず、第１刃物台１０と第２刃物台２０とが斜めに傾斜して配設された、所謂スラントタイプのものでも良く、更には、第１刃物台１０と第２刃物台２０とが水平に配設されたものでも良い。

これらの場合には、前記制限範囲設定部３８（３８’）によって設定される制限範囲は、前記支持部材２８によってワークＷを適正な支持力で支持する場合に、その支持力に等価なトルクの正負に応じて決定され、当該トルクが正の値である場合には、前記負荷検出部３７（３７’）によって検出された電流値に、支持力に等価な電流値を加算することによって上限値が設定され、当該トルクが負の値である場合には、前記負荷検出部３７（３７’）によって検出された電流値から、支持力に等価な電流値を減算することによって下限値が設定される。

また、第１の実施形態と第２の実施形態とを組み合わせた構成の旋盤でも良く、この場合、第１刃物台１０及び第２刃物台２０にそれぞれ支持部材２８を装着し、第１刃物台１０に装着した工具でワークＷを加工する際には、第２刃物台２０に装着した支持部材２８によってワークＷを支持し、第２刃物台２０に装着した工具でワークＷを加工する際には、第１刃物台１０に装着した支持部材２８によってワークＷを支持する。

また、前記第１刃物台１０及び第２刃物台２０には、工具を回転させる主軸、即ち、所謂工具主軸も含まれる。

１旋盤
２主軸装置
３主軸台
４主軸
５チャック
１０第１刃物台
１１第１送り機構
１２第１Ｘ軸送り機構
１３Ｘ軸送り軸
１４Ｘ軸サーボモータ
１５第１Ｚ軸送り機構
１６Ｚ軸送り軸
１７Ｚ軸サーボモータ
２０第２刃物台
２１第２送り機構
２２第２Ｘ軸送り機構
２３Ｘ軸送り軸
２４Ｘ軸サーボモータ
２５第２Ｚ軸送り機構
２６Ｚ軸送り軸
２７Ｚ軸サーボモータ
３０制御装置
３１加工プログラム実行部
３２位置指令生成部
３３位置制御部
３４速度制御部
３５電流制御部
３６負荷検出動作実行部
３７負荷検出部
３８制限範囲設定部

Claims

被加工物を保持する主軸を有し、該被加工物を前記主軸の軸線中心に回転させる主軸装置と、
前記主軸の軸線を挟んで相互に対峙するように配設され、前記主軸の軸線と平行な第１軸及び該第１軸と直交する第２軸を含む平面内で移動可能に設けられるとともに、それぞれ工具を保持可能な第１移動体及び第２移動体と、
前記第１移動体を前記第１軸方向及び第２軸方向に移動させる第１送り機構と、
前記第２移動体を前記第１軸方向及び第２軸方向に移動させる第２送り機構と、
前記主軸装置、前記第１送り機構及び第２送り機構を制御する制御装置とを備えた旋盤であって、
前記第１送り機構及び第２送り機構は、それぞれ前記第１軸方向に移動させるための第１軸サーボモータ、及び前記第２軸方向に移動させるための第２軸サーボモータを備え、
前記制御装置は、前記第１送り機構及び第２送り機構の内、一方の送り機構を駆動し、これに対応した一方の移動体を移動させて、該一方の移動体に配設された工具によって前記被加工物を加工する際に、他方の送り機構を駆動して、これに対応した他方の移動体を移動させ、該他方の移動体に配設された支持部材によって、前記被加工物の加工部位を、その反対側から支持するように構成されるとともに、前記被加工物を支持する際には、前記他方の送り機構の前記第２軸サーボモータに、予め設定された制限範囲内の電流を供給するように構成された旋盤において、
前記制御装置は、予め、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを駆動して、前記他方の移動体を前記第２軸方向に移動させる負荷検出動作を実行するとともに、このときに該第２軸サーボモータに供給される電流値を検出し、検出された電流値を基に、前記制限範囲を設定する処理を行うように構成されていることを特徴とする旋盤。
前記制御装置は、
前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを動作させて、前記他方の移動体を前記第２軸方向に移動させる負荷検出動作実行部と、
前記負荷検出動作実行部による操作中に前記第２軸サーボモータに供給される電流値を検出する負荷検出部と、
前記負荷検出部によって検出された電流値を基に、前記制限範囲を設定する制限範囲設定部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の旋盤。
前記制限範囲設定部は、前記負荷検出部によって検出された電流値に、予め設定された値を加算又は減算することによって前記制限範囲を算出するように構成されていることを特徴とする請求項２記載の旋盤。
前記制御装置は、前記他方の送り機構を駆動して、前記支持部材により前記被加工物を支持する際に、前記他方の移動体について、前記第２軸方向における、移動目標位置に対する誤差量を検出し、検出された誤差量が予め設定された許容値を超えたとき、前記他方の移動体を現在位置に停止させるように、前記他方の送り機構の第２軸サーボモータを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３記載のいずれかの旋盤。