JP2002052441A - 工作機械の旋回割出し装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 工作機械の工具ユニットなどの旋回機構にお
いて、フェースギヤカップリングで旋回部材を固定した
ときと固定を開放したときとで旋回部材の軸方向移動が
生じないようにする。 【解決手段】 スリーピース型のフェースギヤによる旋
回割出し装置において、固定フェースギヤ３５は、不動
部材２８との間に介装された積層薄板リング２９の円周
上の複数箇所を不動部材２８と固定フェースギヤ３５と
に交互に定着することによって固定され、かつ、固定フ
ェースギヤ３５を連結フェースギヤ側に向けて付勢する
付圧ばね３６を備える。積層薄板リング２９は、複数枚
のリング状の金属薄板の積層体で、定着位置の間での金
属薄板の面直角方向の撓みを利用して、固定フェースギ
ヤを若干軸方向に移動可能に保持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、工作機械の工具
ユニットやワーク保持ユニットなどを旋回自在に支持し
ている部分に用いられる旋回割出し装置に関するもの
で、スリーピース形のフェースギヤカップリング（面歯
車継手）によって割出し位置の固定を行なう上記装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】旋回部材の割出し位置を高剛性かつ高精
度で固定する装置として、カービックカップリングやハ
ースカップリングなどと呼ばれるフェースギヤカップリ
ングが広く用いられている。本願発明の理解を容易にす
るために、タレット旋盤のタレットの割出し位置の固定
にフェースギヤカップリングを用いた例を模式的に示す
図３及び図４を参照して、ツーピース形とスリーピース
形のフェースギヤカップリングの固定構造とその特徴に
ついて簡単に説明する。

【０００３】図３はツーピース形のフェースギヤカップ
リングを用いた構造を示すものである。タレット（旋回
部材）１は、これと実質上一体の旋回軸２を軸受３、３
で刃物台（不動部材）４に旋回自在かつ軸方向移動自在
に支持されている。タレット１の背面とこれに対向する
刃物台４の端面とに、それぞれ回転フェースギヤ５と固
定フェースギヤ６とが固定されている。両軸受３、３の
間には、旋回軸２に設けたピストン７と刃物台４の軸孔
に形成したシリンダ８とにより、タレット１を軸方向移
動させるための油圧シリンダが形成されている。タレッ
ト１を割出し旋回する割出し装置は図には示されていな
い。

【０００４】このツーピース形のフェースギヤカップリ
ングでは、回転フェースギヤ５または固定フェースギヤ
６のいずれか一方を軸方向に移動して、両フェースギヤ
５、６の嵌脱を行なうことにより、旋回部材（図ではタ
レット）の固定状態と自由回転状態を実現している。従
って、ツーピース形の構造では、回転フェースギヤまた
は固定フェースギヤのいずれかを、その歯丈に相当する
量だけ軸方向に移動させる必要があるが、図３のように
旋回部材を軸方向移動させると、旋回部材への回転伝達
機構が複雑になる。一方、フェースギヤカップリング
５、６のいずれか一方を旋回部材または不動部材に対し
て軸方向移動可能に装着したときは、旋回部材１自体は
軸方向移動しなくてよくなるが、フェースギヤカップリ
ングを軸方向移動可能にに装着する部分の剛性や精度が
フェースギヤカップリングのそれよりも大幅に低下し、
フェースギヤカップリングを使用したときの高剛性かつ
高精度という特徴が失われる結果となる。

【０００５】図４はスリーピース形のフェースギヤカッ
プリングを用いたときのタレットの支持構造を示すもの
で、刃物台４に固定した固定フェースギヤ１１とタレッ
ト１に固定した回転フェースギヤ５とは、同一平面上に
同一方向を向いて配置され、この両者に対向する連結フ
ェースギヤ１２が図示しない油圧シリンダ等により、軸
方向移動自在に配置される。このスリーピース形のもの
は、連結フェースギヤ１２を前進させて回転フェースギ
ヤ５及び固定フェースギヤ１１と噛合させることによ
り、回転フェースギヤ５が連結フェースギヤ１２を介し
て固定フェースギヤ１１で固定させる。連結フェースギ
ヤ１２が固定フェースギヤに噛合すると、連結フェース
ギヤ１２の位置が固定フェースギヤ１１によって規定さ
れるため、連結フェースギヤ１２の支持部分の剛性や精
度が低くても、これによって回転フェースギヤの位置精
度や剛性が低下することがない。

【０００６】以上の説明によれば、スリーピース形のフ
ェースギヤカップリングは完全なように考えられるけれ
ども、現実には組立精度や加工精度の関係で、固定フェ
ースギヤ１１と回転フェースギヤ５とを完全な同一平面
上に配置することは不可能で、誤差による軸方向の出入
りが生ずる。連結フェースギヤ１２は、どちらか一方の
フェースギヤに噛合するとその前進が停止するので、他
方のフェースギヤとの間に隙間または噛合い力の不足が
生じ、これが旋回部材の割出し位置精度ないし剛性を低
下させる。そこで現実には、ツーピース形の場合と同様
に、タレット１を連結フェースギヤ１２の押付け力の２
分の１の押付け力で連結フェースギヤ側に押圧する油圧
シリンダを設けて、固定フェースギヤ１１に噛合した連
結フェースギヤ１２に回転フェースギヤ５を押付ける構
造を採用している。ツーピース型の場合と異なるのは、
この押付け時のタレット１の軸方向移動は、誤差分だけ
のミクロンないしサブミクロンの単位であるから、この
移動は部材の弾性変形で吸収され、タレット１の支持構
造や駆動構造を複雑化させることがないということであ
る。

【０００７】図３及び図４のいずれの構造であっても、
タレット１はフェースギヤカップリングによって割出し
位置を固定されたときには、旋回方向のみならず軸方向
にも高い精度で位置決めされるが、旋回可能な状態にな
っているときのタレット１の軸方向位置は、固定されて
いるときの軸方向位置と異なる位置になる。図３の場合
は、フェースギヤの歯丈に相当する軸方向移動が生じ、
図４の場合は、ミクロンないしサブミクロン単位の軸方
向移動が生ずる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】タレットの場合は、割
出し位置を固定しないでワークを加工するということが
ないので、タレットが旋回可能になったときのタレット
の軸方向移動がワークの加工精度に影響することはな
い。しかしながら、マシニングセンタの主軸のように、
割出し位置を固定して加工が行なわれるときもあれば、
旋回しながら加工が行なわれるときもある場合には、割
出し位置を固定したときと固定を解除したときとの軸方
向移動は、ワークの加工精度を低下させる要因となる。
図５は刃物台１５にＹ軸回りに旋回及び割出し位置決め
可能な回転工具ユニット１６を搭載した複合旋盤の例を
示したものであるが、この旋盤の回転工具ユニット１６
は、Ｙ軸回りの角度を所定の割出し位置で固定された状
態で加工を行なうこともあれば、Ｙ軸回りに低速旋回し
ながら加工を行なうことも、定められた割出し角度以外
の角度で停止した状態で加工を行なうこともある。な
お、図５において、１７は主軸台、１８は主軸台に軸支
された主軸、１９は主軸の先端に装着されたチャック、
２０はチャック１９に保持されたワークであり、刃物台
１５は通常の旋盤と同様にＺ軸及びＸ軸方向に移動可能
である。

【０００９】工作機械は高精度かつ高剛性であることが
基本的に要求される。上記のような複合旋盤の回転工具
ユニット１６の割出し位置の固定にも、高剛性かつ高精
度という特徴から、フェースギヤカップリングの採用が
望ましい。しかし、たとえスリーピース形を使用したし
ても、従来構造をそのまま使用したときは、フェースギ
ヤカップリングで割出し位置を固定して加工を行なうと
きと、固定を解いて回転工具ユニット１６をＹ軸回りに
旋回させながら加工を行なうときでは、加工位置がＹ軸
方向にミクロンないしサブミクロンの単位で移動すると
いう現象が起る。この移動はワークの加工誤差となって
現れる。この誤差をＮＣ装置で補正するには、Ｙ軸制御
を行なう必要があり、この補正のためのみに回転工具ユ
ニット１６のＹ軸送り装置とその制御装置とを追加する
ことは、現実的ではない。

【００１０】そこでこの発明は、フェースギヤカップリ
ングによって旋回部材を固定したときと固定を開放した
ときとで旋回部材の軸方向移動が生じず、高剛性かつ高
精度であるというフェースギヤカップリングの特徴を有
効に発揮させることが可能な、構造が簡単でコンパクト
な旋回割出し装置を得ることを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明の工作機械の旋
回割出し装置は、旋回部材１６、２５に固定された回転
フェースギヤ２６と、この回転フェースギヤと同一平面
かつ同方向にして不動部材に固定された固定フェースギ
ヤ３５と、上記２個のフェースギヤ２６、３５に対向し
てその進出時に当該２個のフェースギヤ２６、３５に同
時に噛合する連結フェースギヤ４０とを備えた工作機械
の旋回割出し装置において、固定フェースギヤ３５と不
動部材２８とは、それらの間に介装された積層薄板リン
グ２９の円周上の複数箇所を不動部材２８と固定フェー
スギヤ３５とに交互に定着することによって固定され、
かつ、上記固定された固定フェースギヤ３５を連結フェ
ースギヤ側に向けて付勢する付圧ばね３６を備えること
により、上記課題を解決したものである。また付圧ばね
３６の伸縮ストロークを制限するストッパ３８を設ける
ことにより、装置の耐久性と作動安定性が向上する。

【００１２】ここで積層薄板リングは、複数枚のリング
状の金属薄板の積層体で、その円周方向の位置を交互に
不動部材２８と固定フェースギヤ３５とに定着すること
により、両定着位置の間での金属薄板の面直角方向の撓
みを利用して、固定フェースギヤ３５を若干軸方向に移
動可能にかつ金属薄板のリングを複数枚積層することに
よって、その円周方向には大きな剛性が得られるように
したものである。

【００１３】また、付圧ばねとしては、付勢力が大きく
かつ短ストロークである点で皿ばねが適しており、装置
をコンパクトにする上でも有利である。ばねは伸縮スト
ロークが大きいと疲労によるばね力の低下や永久歪みが
生ずるため、付圧ばねの伸縮ストロークを最小限にする
ため、ストッパ３８でばねの伸長位置を規定している。
付圧ばね３６の付勢力は、回転及び固定フェースギヤ２
６、３５に対する連結フェースギヤ４０の押圧力の略２
分の１に設定する。これにより、固定フェースギヤと連
結フェースギヤ及び連結フェースギヤと回転フェースギ
ヤとが略等しい力で噛合うこととなり、噛合い剛性が最
も大きくなる。

【００１４】ストッパ３８は固定フェースギヤ３５が回
転フェースギヤ２６よりわずかに（例えば０．１ｍｍ）
連結フェースギヤ４０側に突出した位置で付圧ばね３６
の伸長を停止させる位置に設けられる。

【００１５】旋回部材２５、１６を割出して油圧シリン
ダ４２などにより連結フェースギヤ４０を回転及び固定
フェースギヤ２６、３５に向けて進出させると、まず連
結フェースギヤ４０が固定フェースギヤ３５に噛合し
て、連結フェースギヤ４０の軸心と位相とが固定フェー
スギヤ３５で正確に位置決めされ、固定フェースギヤ３
５がわずかに押込まれた状態で、連結フェースギヤ４０
と回転フェースギヤ２６とが噛合して、旋回部材２５、
１６を固定する。付圧ばね３６は、原理的には固定フェ
ースギヤ３５を付勢するように設ければよいのである
が、積層薄板リング２９と固定フェースギヤ３５との定
着部分において積層薄板リング２９を付勢するように設
けるのが装置をコンパクトにする上で有利である。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は図５、６に示す複合旋盤の
回転工具ユニット１６をこの発明の旋回割出し装置で支
持した例を示したものである。回転工具ユニット１６
は、工具駆動モータとチャック開閉シリンダとを内蔵し
ており、ケースの一端に臨出した工具チャック２１でミ
リングカッタやドリルなどの回転工具を把持する（図６
参照）。回転工具ユニット１６の下面には、旋回台２２
が固定されており、この旋回台が旋回軸受２３で刃物台
１５にＹ軸回りに旋回可能かつ軸方向移動不能に装着さ
れている。旋回台２２の中央には、チャックシリンダに
油圧を供給する回転継手を内蔵した円筒部２４が突出し
ており、この円筒部２４の根元の固定フランジ２５部分
に回転フェースギヤ２６が下向きに固定されている。

【００１７】旋回軸受２３の内輪は、刃物台１５に固定
された短い支持円筒２７の上端部外周に固定されてお
り、この支持円筒の上端にリング状の内フランジ２８が
固定され、この内フランジの内径側下面に積層薄板リン
グ２９が円周を８等分する箇所に設けた上向き固定ボル
ト３０で座金３１、３２で挟持された状態で締結されて
いる（図１、２参照）。

【００１８】積層薄板リング２９は、同一形状の８枚の
薄いステンレス鋼板製のリングを積み重ねた構造で、こ
のリングには円周を１６等分する位置にボルト孔が設け
られており、このボルト孔に一つおきに上向きボルト３
０が挿通されて、リングの円周８箇所の位置で積層薄板
リング２９を内フランジ２８に固定している。

【００１９】積層薄板リングの他の８箇所のボルト挿通
孔には、頭部に短円筒状のばねガイド３３を形成した下
向きボルト３４が座金３１、３２で積層薄板リング２９
を挟んだ状態で挿通され、この下向きボルトが固定フェ
ースギヤ３５を積層薄板リング２９の下面に締結してい
る。

【００２０】すなわち、積層薄板リング２９の円周を１
６等分して設けたボルト挿通孔には、上向きボルト３０
と下向きボルト３４とが互い違いに挿通されて、上向き
ボルト３０によって積層薄板リング２９が不動部材であ
る内フランジ２８に定着され、下向きボルト３４が固定
フェースギヤ３５を積層薄板リング２９に定着してい
る。

【００２１】下向きボルト３４の頭部の短円筒状のばね
ガイド３３には、適宜枚数を積み重ねた皿ばね３６が嵌
挿されており、この皿ばね群は、内フランジ２８の内側
下面の円周８箇所に設けた段付孔３７に収まっており、
この段付孔の段部と積層薄板リング２９の上面の座金３
１との間で皿ばね３７が伸縮する。皿ばね３７はその装
着位置、すなわち積層薄板リング２９の円周８箇所の位
置で固定フェースギヤ３５を下方に付勢することとなる
が、前記支持円筒２７の内径側に設けた段部がストッパ
３８となって、下向きに付勢される固定フェースギヤの
肩部３９に当接することにより、固定フェースギヤ３５
の下動端位置が規定されている。

【００２２】この規定位置は前述したように、固定フェ
ースギヤ３５の歯面が回転フェースギヤ２６の歯面より
０．１ｍｍ以下のわずかの量だけ下方に突出する位置で
ある。

【００２３】このようにして、互いに隣接する位置関係
で下向きに装着された回転フェースギヤ２６と固定フェ
ースギヤ３５に対向して、連結フェースギヤ４０が上向
きに装着されており、この連結フェースギヤ４０は、前
記円筒部２４の外周に固定されたピストン４１との間で
油圧シリンダ装置を形成しているシリンダケース４２に
固定されている。この油圧シリンダ装置は、ピストンの
両側に交互に油圧を供給することにより、シリンダケー
ス４２が昇降して、連結フェースギヤ４０を回転及び固
定フェースギヤ２６、３５に押接及び離隔させる。

【００２４】回転工具ユニット１６の上部には、旋回台
２２の旋回軸と同軸の上軸４３が突出しており、この上
軸の上端部分に大径傘歯車４４とブレーキディスク４５
とが固定されている（図６参照）。大径傘歯車４４は、
刃物台側に装着されたサーボモータ４６の小径傘歯車４
７と噛合しており、サーボモータ４６の往復回転及び位
置決め停止により、回転工具ユニット１６の方向、すな
わちこれに設けられている工具チャック２１に把持され
た工具のＹ軸回りの旋回及び割出し位置決めが行なわれ
る。一方、ブレーキディスク４５は、刃物台側に装着し
たディスクブレーキ４８でその回転を固定できるように
なっており、前述したスリーピース形のフェースギヤカ
ップリング４９の割出し位置以外の位置で回転工具ユニ
ット１６の方向を固定するときに用いられる。

【００２５】以上説明したこの実施例の回転工具ユニッ
トの旋回割出し構造によれば、回転工具ユニット１６は
サーボモータ４６によるＹ軸回りの旋回中も、ディスク
ブレーキ４８による旋回方向の固定時も、また、フェー
スギヤカップリングによる所定の割出し角度における固
定時においても、その工具のＹ軸方向の位置は同一位置
に保持されることとなる。従って、回転工具ユニットが
旋回しながら加工を行なうときと、定位置に停止して加
工を行なうときとで、Ｙ軸方向の加工誤差が生ずるおそ
れがなく、より高精度の加工が実現できる。

【００２６】なお、ディスクブレーキ４８で回転工具ユ
ニットの方向を固定するときと、フェースギヤカップリ
ング４９で回転工具ユニットの方向を固定するときとで
は、固定時の精度及び剛性が異なることとなるが、ワー
クの加工においては、例えば１５度毎というような、あ
る特定の分割位置で高い加工精度を要求されることが多
いため、ブレーキとフェースギヤカップリングとによる
旋回角度の固定を行なうことに意味がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を図６旋回台の断面で示す
側面図

【図２】積層薄板リングの固定構造を模式的に示す断面
斜視図

【図３】ツーピース形フェースギヤカップリングの説明
図

【図４】従来構造のスリーピース形フェースギヤカップ
リングの説明図

【図５】Ｙ軸回りに旋回する回転工具ユニットを備えた
複合旋盤の例を示す模式的な斜視図

【図６】図５の刃物台部分の一部を断面で示す側面図

【符号の説明】

16 回転工具ユニット 25 固定フランジ 26 回転フェースギヤ 28 リング状鍔 35 固定フェースギヤ 36 皿ばね 38 ストッパ 40 連結フェースギヤ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 旋回部材(16,25)に固定された回転フェ
   ースギヤ(26)と、この回転フェースギヤと同一平面かつ
   同方向にして不動部材に固定された固定フェースギヤ(3
   5)と、上記２個のフェースギヤ(26,35)に対向してその
   進出時に当該２個のフェースギヤ(26,35)に同時に噛合
   する連結フェースギヤ(40)とを備えた工作機械の旋回割
   出し装置において、固定フェースギヤ(35)と不動部材(2
   8)とは、それらの間に介装された積層薄板リング(29)の
   円周上の複数箇所を不動部材(28)と固定フェースギヤ(3
   5)とに交互に定着することによって固定され、かつ、上
   記固定された固定フェースギヤ(35)を連結フェースギヤ
   側に向けて付勢する付圧ばね(36)を備えたことを特徴と
   する、工作機械の旋回割出し装置。
2. 【請求項２】 付圧ばね(36)の伸縮ストロークを制限す
   るストッパ(38)を備えたことを特徴とする、請求項１記
   載の工作機械の旋回割出し装置。