JPH03111142A - マシニングセンタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主として金属、焼結金属、あるいはセラミッ
ク材料等のワークを切削加工、放電加工、あるいは、砥
石研削研磨加工する工作＠械に関するものである。

（従来の技術） 従来、切削、研磨（一般に研磨という術語は研削、研磨
、及び琢磨を含むのであるが、本明細書においては研削
、及び研磨に限定する）、及び放電によるワークの加工
は、夫々の専用加工手段によって施工されるのが一般的
であって、一部、放電加工機にフライス機能を付随させ
たものが存在してはいるが、放電加工は放電の破壊作用
によって加工するため、切削工具によって加工する場合
の工具に対する＠械的叉力が殆ど生しないなめ、放電加
工機は＠械的な構造強度に乏しく、基本的には放電加工
を主体とするワークに、補助的にフライス機能による軽
切削加工を施工するのが本来の目的のものであって、本
格的な重切削による機械加工を併用可能とする様なもの
ではなかっな。

（発明が解決しようとする課題） 従って、夫々の工作機械の加工分野において、夫々限定
された加工方法によってワークを加工していた。しかし
ながら、ワークが製品となるまでに複数の加工方法を必
要とする場合、あるいはワーク材質が単一組成（例えば
、高い高度を有する部分が混在する等）でない様な場合
には、夫々の加工方法に適合する工作機械を複数種類用
意せねばならなかつな。

その場合、当然、ワークは製品となる才でに各工作機械
へ順次取付は替えされなければならず、そのための時間
、各種段取り、手間等が相当量のものとなり製品価格へ
の反映も、それに応じたものとなる一方、取付は替えに
よる寸法上の加工精度の低下も避は難く、該加工精度を
維持しようとすれば高価な治具等を採用せねばならず、
前記同様製品価格を圧迫する要因となっていた。

一方では、複数種類の工作機械を設備するなめ、工程管
理、及び品質管理、才なそれらに付随する人員配置も複
雑、且つ輻輳したものとなり、管理業務が難しくなり、
更に、設備面積も無視出来ないものとなっていた。

そこで本発明のマシニングセンタは、１台の工作機械で
荒削りから仕上げ址での切削加工、研削から研磨仕上げ
才での研磨加工、放電加工といっな方法の異なる加工を
連続して行うことで、加工精度の維持及び総合的な能率
の向上を図ることを目的とする。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明のマシニングセンタ
は、 切削加工に用いられる工具の他に、電解加工。

放電加工、超音波加工等の特殊加工に用いられる特殊工
具を収納するツールマガジンを備え、該特殊工具を自動
工具交換装置により主軸に装着するマシニングセンタで
あって、 前記特殊加工に必要な給液ノズル、給電電極などの補助
器具を前記特殊工具に付属し、該特殊工具が前記主軸に
装着されたとき、該特殊工具の補助器具が作動可能に装
着される被補助器具を主軸ヘッドに設けると共に、 前記自動工具交換装置を用いて工具交換することによっ
て加工方法を変更することを要旨とする。

才な、パレットチェンジャを付属し、各パレッＩ・が加
工方法に応じて割り当てられたことを要旨とする。

（作用） 以上示した本発明のマシニングセンタは、ツールマガジ
ンに収納されている電解加工、放電加工、超音波加工等
の特殊加工に用いられる特殊工具を自動工具交換装置に
よって主軸に装着するが、このとき特殊工具に付属され
た補助器具を主軸ヘッドに設けられた被補助器具に作動
可能に装着し、工具交換することによって加工方法を変
更する。

才な、工具交換と共に、付属されたパレットチェンジャ
を起動し、加工方法に応じて割り当てられたパレットを
使用する。

（実施例） 以下に本発明の一実施例を図面によって説明する。第１
図（Ａ）はマシニングセンタの全体構成を示す要部破断
略体図で、ベース１上のスライドレール２に乗り左右方
向に図示省略の駆動＠構によって移動可能なパレットテ
ーブル３と、種々の工具ホルダＨＯを下端に装着可能と
した主軸４を装備し図示省略の駆動機構によって夫々前
後方向、並びに上下方向に移動可能な主軸ヘッド５とを
備えた工作機械の主要部を示す、その他、主軸回動装置
６、放電加工槽７、振動テーブル８、パレットテーブル
３に付加したロータリーユニット９、中央制御装置１０
、放電加工電源ユニット１１、電解ドレッシング電源ユ
ニツ）−１２、起振電源ユニット１３、放電加工液供給
ユニット１４、研磨用クーラント、／ドレッシング用電
解液供給ユニット１５、ツールマガジン１６に収納され
ている種々の工具ホルダＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４並びに
自動工具交換装置（以下、ＡＴＣともいう）１７が示さ
れている。

第り図（Ｂ）はパレットテーブル３に設けられ？ｊ　砥
石７１　ｆｆ１ｌｌユニ・・ｐ　ｌ□　９１］、ロータ
リーユニ・）ノド９振動チーフル８および放電用電解ｆ
ｌ’１７の配置を示す。、二（））ノイＬ・・・川−デ
ーフ゛ル・３を用いる二と（、二よって放電、電解前」
二を効率良く行うことかできる。

まｌ−、、第１図（Ｃ）は放電加圧槽を用いづ′に１、
ノズルから放電、電解加工液を直接吹きかける二とによ
−）で放電加工、電解加工を行う際のテーブルを示す。

また、テーブルの空き領域を利用してω■削削切切削ど
各種別１を殴取り替えぜずに行うことかできる。

更に、本実施例のマシニングセンタは複数のテーブルを
自動交換するパ［・・・川・チェンジャをイ４属させて
構成することもできる。第１図１）、（Ｅ）はそれぞれ
２枚のテーブルを自動交換する２バレ・ソ１〜チェンジ
ャ、４枚のテーブルを自動交換するバＩ７・・ソトヂエ
ンジャを付属させて構成した場合のバレ・ソトデーブル
の使用例を示す。

２パレ・ソＩへチェンジャ付属の場合、第１図（Ｄ）に
示すように、パレットテーブルａには第１図（Ａ）と同
様に砥石計測ユニ・：／　７□　９１．）　、ロータリ
ーユニ・・ノド９振動チーフル８および放電用電解槽７
などか配置されている１、パＩ、・ツ１−チーフルａは
主に電解、放電前にや放電用工具のトレ・ソシングに用
いられる。

一方、バレッｌ〜デープル１〕はワークを固定する治具
などを有ｉ−でおり、主に切削加「に使用される。

４パレ・・川−チェンジャ付属の場合、第１図（１己）
に示すように、パレットテーブルＣは前述した放電用電
解槽７を搭載する代わりに研削加工用エリアを確保する
９その他のパレットをそれぞれ切削加Ｔ用パレッ（・・
テーブル（」、放電加工用〕くし・・／トチープルｅお
よび電解用パレ・・、　ｌ＝ニブ−プルとして確保する
。

このようなパレ・ソｌ−チェンジャ付属自在なマシニン
グセンタの他の構成部分について説明する。

第２図は主軸４端に放電加工用工具ホルダＨ１と工具電
極２０１を装着すると共に主軸へ・・ｌド５−Ｆに設け
られた給電スタッド２０２によって放電加工電源ユニ・
・川・１１から給電ケーブル２０３、工具ホルタＨ１の
一部分であるセラミック製の電極ボルタ２０４に埋設さ
れた導電性のフィーダ２０５、及びフラジ２０６を経由
して工具電極２０１先端まで給電し、また放電加工液の
給液ユニ・・１１へ１４から配管２０７、放電加工液の
給液スタッド２０８、ノズル２０９を経由して工具電極
２０１とワークＷとの間に放電加工液を供給する構成を
図示したもので、ワークＷはパレ・ソトテーブル３上に
絶縁マ・１１〜２１０を介して載置され帰線２１１によ
って放電加工電源ユニ・・１１〜１１の異極へ接続され
放電回路が構成されている。尚、工具電極２０１の支持
部材２０１ａはセラミ・ツク材質からできており、工具
ホルダ２０４．主軸４との絶縁が図られている。才な、
放電加圧槽７はノズル２０９から供給される放電加工液
の飛散を防止する。

また、ノズル２０から放電加工液を供給し、ないで放電
加工を行う場合には、図示するように、放電前１゛７槽
７に工具電極２０１先端が浸るまで放電加工液が貯留さ
れる。

第３図は主軸・４端に研磨加Ｉ　Ｊｉｆｌ　ｆｆ具ボル
ダＨ２に研磨＝に具３０１を装着すると共に主軸／＼・
・ｌド５上に設けられたいわゆる加Ｉ中にドレ・ソシン
クをするインプロセス・トレ・ソシング用の電解液の給
電スタッドを（弁膜した給電スタ・ソド３０２によって
電解ドレ・ソシング電源ユニ・：川・１２からブラシ３
０３、研磨砥石３０４、電解液槽部分３０５を経由して
カバー電極３０６に至り再び給電スタッド３０２から電
源へ戻る電解回路の構成と、電解液供給ユニ・：／　）
−ｔ　５から電解液を電解液槽部分３０５に導く配管３
０７の構成とを示し、Ａは側面、Ｂは正面、Ｃは下方か
ら見た図である。

第４図はパレットテーブル３寸−に付加したバイプル・
−タユニツ１〜４０１を示している。バイス４０２で固
定されたワークＷは圧電振動素子４０３を介してパレッ
トテーブル３に収り付けられ起振電源ユニット１−３か
ら受電端子４０４を経由して給電される。

第５図は振動素子５０１を内蔵し５た振動工具ボルダＨ
３の要部断面を示したもので、起捩電源ユニット１３か
ら給電スタッド５０２、ブラシ、／スリップリングユニ
ット５０３を経由し図示省略のリード線によって振動素
子５０１へ給電される。

第６図は主軸４の構成を模式的に示した図で主軸４は減
速歯車機構６０１を介して主電動機６０２に結合されて
いる。６０３は主軸４の回転２回動角度を検出するポジ
ションコーダ、６０４は油圧シリンダピストンからなる
主軸４の回転／回動を停止させ固定するロック装置であ
る。

第７図はパレットテーブル３上に付加したロータリーユ
ニット７０１を示し、主軸４の端部と同様に構成された
工具ホルダ収り付は部分７０２にはコレットチャック７
０３を装着した工具ホルダ７０４が収り付けられており
、ワークＷ、あるいは切削工具７０５（エンドミルが図
示されている）あるいは他の工具等を把持し駆動源７０
６により歯車伝導機構７０７を介して回転、／回動する
ように構成されている。

次に前記構成の作用について述べるが、まずマシニング
センタを放電加工機として作用させるには、ツールマガ
ジン１６に収納されている種々の工具ホルダＨ１，Ｈ２
，Ｈ３；　Ｈ４の内からＡＴＣ１７によって、工具電極
２０１．を取り付けた放電加工用ホルダＨ１を選び出し
主軸４先端部に装着すると共に主軸ヘッド５上に設けら
れた、放電加工電源ユニット１１からブラシ２０６を経
由して工具電極２０１の先端まで導くなめ給電スタッド
２０２が同時に挿入接続され、そして並行して別置きの
放電加工液供給ユニット１４から工具電極２０１とワー
クＷとの間に供給すべき放電加工液の配管挿入接続が給
液スタッド２０８において行われ、加工工具側の準備が
終了する。一方、パレットテーブル３上に絶縁マット２
１０を介して載置されたワークＷから放電加工電源ユニ
ット１１への帰線２１１回路が配線結線され、且つ放電
加工液の飛散を防ぎ、且つ集液のための放電加工槽７が
ワークＷの周囲に巡らされ被加工側の準備が完了し、加
ニブログラムが始動し放電加工液の供給が始才り工具電
極２０１の位置決めと並行して放電用高電圧が印加され
所定の放電加工が開始される。

放電加工中は、図示しない電圧計測装置によって工具電
極２０１とワークＷとの間の電圧が常に測定され、この
電圧からこれらのギヤ・ツブの大きさが検出される。

検出されたギャップの大きさを一定に保つように主軸ヘ
ッド４の軸送り速度は制御される。また、ギャップがあ
る下限値以下になると、工具室８ｉ！２０１はワークＷ
と接触に近い状態にあると判断する。このとき、−旦、
軸送りを逆転させてギャップを広げる等榮件を整えてか
ら、再び反転して同じ経路を軸送り制御しながら放電加
工を続行する。

次に、マシニングセンタをいわゆるインプロセス・ドレ
ッシング研磨盤として作用させる場合について説明する
。ツールマガジン１６に収納されている種々の工具ホル
ダＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４のうちからＡＴＣ１７によっ
て、導電性の研磨砥石３０４、いわゆるメタルボンド砥
石からなる研磨工具３０１を取り付けた研磨加工用工具
ホルダＨ２を選び出し、主軸４先端部に装着すると共に
主軸ヘッド５上に設けられたインプロセス・ドレッシン
グ用の電解液の給液スタッドも兼用する給電スタッド３
０２を接続し、また同時に電解液給液のための配管３０
７も同時に接続される。ここで、配管３０７を経由して
供給される電解液は研磨加工の際のクーラントも兼ねた
作用をし、別置きの研磨用クーラント／ドレッシング用
電解液供給ユニット１５から供給されるのであるが、前
述の放電加工の際の放電加工液供給ユニット１４から供
給される放電加工液とバルブ等で切り替えることにより
配管路の大部分を共有することが可能である。

以上によりインプロセス・ドレッシング電源ユニット１
２からブラシ３０３、研磨砥石３０４、電解液部分３０
５を経由してカバー電１３０６に至り再び給電スタ・ソ
ド３０２から電源ユニット１２べ戻る電解回路、および
その間に電解液を介在させ研磨砥石３０４を陽極としカ
バー電極３０６を陰極とする電解槽としての機構が構成
され電解電流の通電と共に研磨砥石３０４の電解ドレッ
シングか行わｈる、研磨砥石は第８図Ａに示すように新
しい状態では非導電性の砥粒８０１が導電性のバインダ
８０２から露出して鋭い研磨能力を有しているが、研磨
研削加Ｔに伴い次第に摩耗し２第８図Ｂ４こ示すように
研磨研削力のないバインダ８０２に埋もれた状態になり
砥石としての機能を失ってしまつ、そこで、通常のワー
クに対する研磨研削作業中といえども常にバインダ８０
２を電気分解作用によって所定値除去し砥粒８０１がδ
だけ露出させて所定の研磨研削力を保持するように構成
し作用させる。

次に、加工すべきワークＷをパレ・ソ１〜テーブル３上
に載置するに当りバイブレータユニツ！”　４０１を介
して収り付けた場合を説明する。

バイス４０２で固定されたワークＷは起振電源ユニツト
１３から所定の高周波振動電流を供給されて振動する圧
電振動素子４０３によって所定の周期、並びに振幅、例
えば１０２乃至１０３Ｈｚ、１０乃至２０［μｍ」で振
動させられながら前述の、インプロセス・トレ・ソシン
グ研磨、あるいは放電による加工を受けることができる
なめ、鐙削材で構成されるワークであっても高精度で且
つ高能率の研磨加工、あるいは放電形彫り加工を施工す
ることができる。

次に、前述のようにワークを振動させて加工をするので
はなく、代わりに研磨砥石、あるいは工具電極を起振手
段を介して主軸４に取りイ］けて、工具の方を振動させ
ながらワークを加工する超音波加工について説明する。

二の場合、研磨砥石５０４、あるいは工具電極は振動素
子５０１−を内蔵した振動工具ボルダｌ−（３を介して
主軸４に取り付けられ、主軸ヘッド５に設けられた高周
波電流給電用の同軸スタッド、あるいは高周波平行フィ
ーダ５０２を経由して、起振電源ユニット１３から所定
の高周波振動電流が供給されて振動する。ワークは一般
的に重量が大きく、且つ、その値も一定しない、といっ
た粂件を有するのに対して、前記研磨砥石、工具電極そ
れ自体は、一般的に軽量で且つ限定されているなめ前記
ワークに対して比較的高い振動、及びその精度榮件、例
えば、２１Ｘ１（１３Ｈｚ、１５土２μｍでもって前述
と同様の難削材で構成されるワークに対し、より高精度
でかつ高能率の研磨加工、放電形彫り加工を施すもので
ある。

次に、主軸ｔ＼・ソド５に内蔵された主軸４の回動手段
の作用について説明する。従来、かかる工作＠械の主軸
は所定速度で正、あるいは逆回転するたけであるが、本
発明によるマシニングセンタの主軸４は制御装置６０５
に任意の角度の回動を指令することにより主軸４を希望
する角度位置に保持することが可能となっている。即ち
、ある角度の回動を指令すると制御装置６０５から主軸
６０２のスイッチングユニ・・川・６０６にオン操作信
号が入力されて主軸モータが回転する、この回転角度は
ポジションコーダ６０３によって時々刻々と検知され、
先に指令された回転角度に達すると制御装置６０５はス
イ・ソチングユニ・：ｌＩ−６０６にオフ操ｆＦ信号を
入力し主軸モータ６０２の回転を止め、同時に油圧シリ
ンダ６０４に圧油を加えブレーキパッド６０７を操作さ
せて主軸４を固定させる。この作用によって単純形状の
工具電極でも−）でワークに対して複雑形状の相対位置
をとることができ、その動きに従った複雑な形状の放電
加工を施工することが可能となる。

次に、パレットチーフル３−トに付加したロータリーユ
ニツｌ−７０１の作用を説明する。基本構造そのものは
主軸４と同様に構成されており、主軸４に適用可能な工
具ホル・ダは総て装着可能となっている。スピンドル７
０２は、パレッＩ−テーブル３上に任意に固定されたハ
ウジング７０８にボールベアリング７０９によって回転
可能に支持され、その開口部には主軸４と同様に各種工
具ホルダを取り付けるテーパホア７１．０が設けられ、
第７図上では工具電極を整形するためのエンドミル７０
５を収り付けたコレッｌ〜チャック７０３が工具ホルダ
Ｈ４に装着されているが、ワーク、あるいは他の切削工
具等を把持するための工具ホルダ等も装着可能である。

スピンドル７０２は駆動モータ７０６により歯車伝導＠
構７０７をかいし５て回転する。例えば、先の放電加Ｔ
を行う場合、加工の進行に伴い工具電極の先端部も摩耗
変形し、ある段階でワークに対する加工精度を保持する
ことができなくなるが、前記エンドミル７０５によって
前記工具電極を主軸４から収り外すことなく、そのまま
摩耗変形部分を加工整形することができる。

以上詳細に説明したように、普通一般のマシニングセン
タの主軸に工具電極、あるいはインプロセス・ドレッシ
ング可能な砥石工具等を取り付けできるようにすると共
に、主軸ヘッドに放電加工液、及び電解液、放電電源、
電解電源及び振動電源の接続部を設け、工作機械本体に
前記給液装置、及び給電装置を併設することにより切削
を一目的とする工作機械を多目的工作機械とすることが
可能となり種々の加工方法を必要とする１個のワークを
一工作機械に載置したまま一貫して加工し仕上げること
が可能となった。

尚、本実施例では、放電加工電源ユニット１１および電
解ドレッシング電源ユニット１２は別体に構成されたも
のであるが、共用の電源ユニットで一体収納される構成
としてもよい９ まな、２パレツトチエンジヤあるいは４パレツトチエン
ジヤを付属したマシニングセンタでは、切削２研削、放
電、電解加工のそれぞれにパレットテーブル（ａ、ｂあ
るいはｃ、ｄ、ｅ、ｆ）が割当られており、ロボットに
よってパレットテーブル間にワークを移送する構成を付
加することができる。例えば、第１図（Ｄ）のように、
パレットテーブルａ、ｂを複数備えておくことは、切削
加工した後に放電加工を行うといった場合に効果がある
。つ才り、切削した切り屑を切削加工用パレットに残し
てワークだけをロボットによって放電加工槽に入れるこ
とができ、放電加工に影響のある切り屑を除去できる。

この他にも、複数のパレットテーブルを付加することは
、それぞれの加工領域を広くとることができなり、ある
いは研削加工をしている間に放電加工のための次ワーク
の段取りや調整といった作業を行うことができるといっ
た複合的な加工を１台のマシニングセンタで処理する際
の稼動率を極めて高めることができる。

尚、こうしたパレットの数やパレットのセツティングは
加工目的に応じて種々の構成をとることができる９ （発明の効果） 以上詳述したように、本発明のマシニングセンタによれ
ば、単独のマシニングセンタで、荒削りから仕上げまで
の切削加工に加えて、研削から研磨仕上げまでの放電加
工等の特殊加工を連続して行うことができるといった優
れた効果を奏する。

したがって、機械の待ち時間の軽減２段取り替えの労力
およびそれに付随して発生する加工精度の低下の回避と
いった総合的な効果を発揮することができる。

才な、パレットチェンジャを付属させることで、加工領
域を確保でき、且つ機械の稼動率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は実施例のマシニングセンタの全体構成を
示す要部破断斜視図、第１図（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ
加工方法に応じて必要な器具が配置されたパレットを示
す平面図、第１図（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ２パレツ
トチエンジヤ付属。 ４パレツトチエンジヤ付属のときの各パレッｌ−の状態
を示す平面図、第２図は放電加工における工具の要部詳
細断面図、第３図Ａはインプロセス・ドレッシング研磨
加工における工具の要部詳細断面図（側面）、第３図Ｂ
はその正面断面、第３図Ｃはその平面図、第４図はテー
ブル上のバイブレータユニットの要部詳細断面図、第５
図は振動工具のホルダの要部詳細断面図、第７図はテー
ブル上のロータリーユニットの要部詳細断面図、第８図
は砥石のドレッシング状態の説明図である。 ■ １・・・ベース　　　　２・・・スライドレール３・・
・パレットテーブル　４・・・主軸５・・・主軸ヘッド
　　７・・・放ｔ７１ｆｆ工槽８・・・振動テーブル、
９・・・ロータリーユニット・・放電加工電源ユニット ト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）切削加工に用いられる工具の他に電解加工、放電
   加工、超音波加工等の特殊加工に用いられる特殊工具を
   収納するツールマガジンを備え、該特殊工具を自動工具
   交換装置により主軸に装着するマシニングセンタであっ
   て、 前記特殊加工に必要な給液ノズル、給電電極などの補助
   器具を前記特殊工具に付属し、 該特殊工具が前記主軸に装着されたとき、該特殊工具の
   補助器具が作動可能に装着される被補助器具を主軸ヘッ
   ドに設けると共に、 前記自動工具交換装置を用いて工具交換することによつ
   て加工方法を変更するマシニングセンタ。
2. （２）パレットチェンジャを付属し、各パレットが加工
   方法に応じて割り当てられた特許請求の範囲第１項に記
   載のマシニングセンタ。