JP2002331433A - 切削加工ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要時に工作機械に取り付けて使用し、硬質
材料に対し高速回転する工具により精密な切削加工を高
能率に行う切削加工ユニットを提供する。 【解決手段】 切削加工ユニット１は、フライス盤等の
工作機械のスピンドルに取り付けて使用され、取り付け
部２０、工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄを回動、昇
降させる機構及び全体の動作を制御する制御装置を有す
る制御部３０、エンドミル等の工具４８ａ〜４８ｄを取
り付けた小型ブラシレスモータを有する工具ヘッド４５
ａ〜４５ｄを摺動自在に備えた工具取り付けアーム４３
ａ〜４３ｄからなる切削部４０からなる。制御装置は複
数の工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄ及び複数の工具
ヘッド４５ａ〜４５ｄの位置をそれぞれ個別に数値制御
するので、複雑な形状を短時間で切削することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は切削加工ユニットに
関し、さらに詳しくは、切削工具を移動自在に取り付け
た複数の工具取り付けアームを有する切削加工ユニット
をフライス盤等の工作機械のスピンドルに取り付け、そ
れぞれの切削工具を個別に制御することにより精密切削
加工を行うことができる切削加工ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図８に示すようなワークＷに様々
な形状の凹部や貫通孔Ｈ等を加工するには、フライス盤
等の工作機械のスピンドル（主軸）にエンドミル等の切
削工具を取り付け、工作機械の加工テーブル上に固定さ
れたワークＷをＸ軸、Ｙ軸方向に送りながら、スピンド
ルに取り付けられた切削工具の回転とＺ軸方向の移動に
よって加工していた。

【０００３】図９は従来のフライス盤等の工作機械を示
す概略斜視図であって、工作機械は、Ｘ軸、Ｙ軸方向に
移動可能な加工テーブル２を有し、この加工テーブル２
上にワークＷが取り付けられる。工作機械は、コラム５
の上部にＺ軸方向に移動可能な送り機構６を有してお
り、送り機構６に取り付けられたスピンドルヘッド８に
スピンドル９を備えている。送り機構６は、スピンドル
ヘッド８及びスピンドル９を加工テーブル２に向けて、
また逆に加工テーブル２から離れる向きに送り動作させ
ることができる。

【０００４】以上のような工作機械を用いて、図８に示
すようなワークＷに凹部Ｈを形成する加工を行うには工
作機械を次のように操作する。先ず、加工テーブル２に
ワークＷを取り付けるとともに、スピンドル９の先端に
凹部Ｈを形成するのに適したエンドミル等の工具１０を
装着する。ワークＷのＸ軸、Ｙ軸方向への送り移動、及
び工具１０のＺ軸方向への送り移動で、ワークＷに対し
てエンドミル等の工具１０に所望の軌跡に沿う相対移動
を与え、加工テーブル２に取り付けられたワークＷに所
定の切削加工を施し、図８に示すような加工を行うこと
ができる。なお、前記した加工テーブル２の移動、スピ
ンドルヘッド８の移動、スピンドル９の回転等の制御は
ＮＣ装置からなる制御装置１２によって行われ、制御装
置１２の指令入力によって、それぞれの駆動モータ３，
４，７，１１を制御することによって行われる。

【０００５】しかしながら、前記従来の装置では、フラ
イス盤等の工作機械のスピンドルに取り付けたエンドミ
ル等の工具を用いて切削加工を行うため、ワークに精密
な加工を高能率に行おうとする際には、次のような問題
があった。 （１）汎用の工作機械を使用する場合、スピンドルの回
転速度には限界があり、切削工具を硬質材料の精密切削
に適した超高速回転することができない。 （２）スピンドルには１本の工具のみが取り付けられ、
１本の工具でワークに穿設される凹部の全ての部分を切
削するので、加工に長時間を要する。 （３）装置全体が大型で、使用しない場合に保管に大き
なスペースを必要とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来の
装置が有する問題点に鑑みなされたもので、必要時に汎
用の工作機械に簡便に取り付けて使用し、精密な切削加
工を短時間で行うことができる切削加工ユニットを提供
することを課題とする。また、汎用の工作機械に取り付
けて使用する場合に、工作機械に特別の改造を施すこと
なしに取り付けることが可能で、工具を硬質材料の精密
切削に適した高速度で駆動することができる切削加工ユ
ニットを提供することを課題とする。また、装置全体が
小型であって、保管に大きなスペースを必要とせず、ど
のような大きさの工作機械に対しても取付が可能な切削
加工ユニットを提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を達成
するためになされたもので、請求項１の発明は、工作機
械のスピンドルに取り付けて用いる切削加工ユニットに
おいて、前記スピンドルに対しそれぞれ回動及び昇降可
能に取り付けられた複数の工具取り付けアームと、該工
具取り付けアームのそれぞれの長手方向に移動可能に取
り付けられた工具ヘッドと、該工具ヘッドのそれぞれに
設けられた工具駆動用モータとからなることを特徴とす
る。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明の切削
加工ユニットにおいて、前記工作機械のスピンドルへの
取り付け部と、前記工具取り付けアームの回動及び昇降
機構及び前記切削加工ユニットの制御装置を有する制御
部と、前記工具ヘッドを前記工具取り付けアームに沿っ
て移動する工具ヘッド移動機構と前記工具を着脱自在に
保持し駆動する工具駆動用モータからなる切削部からな
ることを特徴とする。

【０００９】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明の切削加工ユニットにおいて、前記それぞれの切削加
工ユニットの制御装置は、前記工具取り付けアームの回
動及び昇降機構、前記工具ヘッド移動機構を個別に制御
することを特徴とする。

【００１０】請求項４の発明は、請求項１または２の発
明の切削加工ユニットにおいて、前記工具駆動用のモー
タはブラシレスモータであることを特徴とする。

【００１１】請求項５の発明は、請求項１または２の発
明の切削加工ユニットにおいて、前記工作機械はフライ
ス盤であることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図７に示す実施例に基づいて説明する。図１は、本発
明の実施例による切削加工ユニットをフライス盤等の工
作機械に取り付けた状態を示す概略側面図、図２は、切
削加工ユニット単体を示す概略斜視図である。本発明の
切削加工ユニット１は、図１に示すようにフライス盤等
の工作機械のスピンドル９に取り付けて使用され、工作
機械のスピンドル９に対する取り付け部２０、後述する
工具取り付けアームを回動させるとともに、昇降させる
機構及び切削加工ユニット１全体の動作を制御する制御
装置を有する制御部３０、切削工具４８ａ〜４８ｄを有
する工具ヘッド４５ａ〜４５ｄを備えた工具取り付けア
ーム４３ａ〜４３ｄからなる切削部４０の３部分から構
成されている。

【００１３】取り付け部２０は、フライス盤等の工作機
械のスピンドル９に着脱自在に取り付けられるもので、
スピンドル９に設けられたテーパ穴に装着されるテーパ
状に形成されており、取り付け手段は従来の適宜の手段
を用いることができる。切削加工ユニット１の使用に際
してスピンドル９は、回転できないように固定され、固
定された状態でスピンドル９を切削加工ユニット１とと
もにＺ方向に昇降駆動することができる。

【００１４】制御部３０は、ハウジング３１を有し、ハ
ウジング３１内に工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄを
回動させる機構、昇降させる機構及び切削加工ユニット
１に用いられている各モータや駆動装置の動作を数値制
御する制御装置を有しており、スピンドル９に取り付け
た状態の切削加工ユニット１の工具取り付けアーム４３
ａ〜４３ｄ、工具ヘッド４５ａ〜４５ｄ、工具４８ａ〜
４８ｄの回転等を制御する指令を与えるもので、電力ラ
イン３３を介して外部から電力が供給されている。

【００１５】図３は切削加工ユニットの主要部を示す側
断面図、図４は切削加工ユニットを下方から見た下面図
である。切削部４０は、制御部３０のハウジング３１の
底板３２から突出した４本のアーム回動軸４１ａ〜４１
ｄに固定された工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄを備
え、４本のアーム回動軸４１ａ〜４１ｄは制御部ハウジ
ング３１に内蔵されたアーム駆動用サーボモータ４２ａ
〜４２ｄによりアーム回動軸４１ａ〜４１ｄを中心とし
て回転可能であるとともに、同様にハウジング３１に内
蔵された適宜の駆動機構によりＺ軸方向に昇降可能であ
る。

【００１６】工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄはその
下面側に、長手方向に沿って移動可能な工具ヘッド４５
ａ〜４５ｄを有しており、各工具ヘッド４５ａ〜４５ｄ
は主要部が工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄに内蔵さ
れたリニアサーボモータ４４ａ〜４４ｄ、あるいは工具
ヘッド４５ａから４５ｄに内蔵されたサーボモータ４６
ａ〜４６ｄ等の駆動装置によって工具取り付けアーム４
３ａ〜４３ｄの長手方向に沿って移動する。なお、リニ
アサーボモータ４６ａ〜４６ｄは超音波リニアサーボモ
ータとすることができるが、工具ヘッド４５ａ〜４５ｄ
の移動手段としては前記した手段に限定されるものでは
ない。また、工具ヘッド４５ａ〜４５ｄには、小型ブラ
シレスモータ４７ａ〜４７ｄが内蔵されており、ブラシ
レスモータ４７ａ〜４７ｄの軸にはエンドミル等の工具
４８ａ〜４８ｄが取り付けられ、２０万ｒｐｍ程度の高
速回転が可能である。

【００１７】次に、本発明の切削加工ユニットを従来の
フライス盤等の工作機械のスピンドルに取り付けて、平
板状のワークＷに図８に示すような凹部Ｈを穿設する際
の作用について説明する。図５は、凹部Ｈの切削加工時
における、工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄ、エンド
ミル等の工具４８ａ〜４８ｄとワークＷに穿設される凹
部Ｈとの関係を示す図１におけるＸ−Ｘ線矢視図であ
る。凹部Ｈの加工に際し、工作機械のスピンドル９に本
発明の切削加工ユニット１を取り付けるとともに、加工
テーブル２上にワークＷを固定した後、切削工具４８ａ
〜４８ｄの位置が凹部Ｈの予め設定された所定の位置Ｐ
ａ〜Ｐｄにセットされるように、工具取り付けアーム４
３ａ〜４３ｄの位置及び工具ヘッド４５ａ〜４５ｄの位
置を工具取り付けアーム駆動用サーボモータ４２ａ〜４
２ｄ、リニアサーボモータ４４ａ〜４４ｄあるいはサー
ボモータ４６ａから４６ｄによって駆動する。

【００１８】次に、工作機械のスピンドル９を切削工具
４８ａ〜４８ｄがワークＷの直上に到るまで降下させ
る。これ以降における工具取り付けアーム４３ａ〜４３
ｄの位置、及び工具ヘッド４５ａ〜４５ｄの位置は、切
削加工ユニット１の制御部３０に内蔵された制御装置に
よって、次のように制御される。すなわち、切削工具４
８ａ〜４８ｄの位置がそれぞれ図５に示す軌跡Ｔａ〜Ｔ
ｄを描くように、工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄの
位置、及び工具ヘッド４５ａ〜４５ｄの位置を、工具取
り付けアーム駆動用サーボモータ４２ａ〜４２ｄ、リニ
アサーボモータ４４ａ〜４４ｄあるいはサーボモータ４
６ａ〜４６ｄを数値制御する。ここで、切削工具４８ａ
〜４８ｄが辿る軌跡Ｔａ〜Ｔｄとは、図５に示す加工例
では、Ｔａは点Ｐａから点Ｐｂまでの曲線、Ｔｂは点Ｐ
ｂから点Ｐｃまでの曲線、Ｔｃは点Ｐｃから点Ｐｄまで
の曲線、Ｔｄは点Ｐｄから点Ｐａまでの曲線であって、
加工される凹部Ｈの構成に基づいて最適の軌跡が求めら
れる。

【００１９】以上のようにして凹部Ｈの輪郭をなす溝が
形成されるが、溝の内部の切削も同様にして、工具取り
付けアーム駆動用サーボモータ４２ａ〜４２ｄ、及びリ
ニアサーボモータ４４ａ〜４４ｄあるいはサーボモータ
４６ａ〜４６ｄの数値制御による切削工具４８ａ〜４８
ｄの位置制御と、工作機械の加工テーブル２の送り制御
を併用することによって行うことができる。また、図６
に示すようにワークＷに形成される凹部Ｈが段差を有す
る場合、及び図７に示すようにワークＷ自体が段差を有
する場合には、切削工具４８ａ〜４８ｄが図５に示す軌
跡Ｔａ〜Ｔｄを辿って移動するのと同時に工具アーム回
動軸４１ａ〜４１ｄの内の該当する回動軸を下降させる
か或いは上昇させることによって実施することができ
る。

【００２０】なお、以上説明した切削工具４８ａ〜４８
ｄの制御に関しては、前記の方法以外にも種々の態様が
想定されるが、いずれにしても工作機械の制御装置によ
るスピンドル９及び下降テーブル２の制御と、切削加工
ユニット１の制御装置による工具取り付けアーム駆動用
サーボモータ４２ａ〜４２ｄ、リニアサーボモータ４４
ａ〜４４ｄあるいはサーボモータ４６ａ〜４６ｄ、ブラ
シレスモータ４７ａ〜４７ｄ等の制御が併用して行われ
る。また、本実施例においては、切削加工ユニットの４
本の工具取り付けアーム４３ａ〜４３ｄを設けたが、４
本に限られるものではなく、２本以上であれば本発明の
目的を十分に達成することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば次のような効果を奏する。請求項１の発明によ
れば、フライス盤等汎用の工作機械のスピンドルに切削
加工ユニットを取り付けるだけで、硬質材料に対し簡単
かつ高能率に精密な切削加工を行うことができる。

【００２２】請求項２の発明によれば、切削加工ユニッ
トは、取り付け部、制御部、切削部の３部分から構成さ
れているので、全体が小型に形成でき、多くの工作機械
のスピンドルに改造すること無しに簡単に取り付けるこ
とができる。また、切削加工ユニットの不使用時の保管
に大きなスペースを必要としない。

【００２３】請求項３の発明によれば、切削加工ユニッ
トの制御装置は、複数の工具取り付けアームの回動及び
昇降機構、複数の工具ヘッド移動機構をそれぞれ個別に
制御することができるので、複雑な形状を短時間で切削
することができる。

【００２４】請求項４の発明によれば、工具駆動用モー
タに小型ブラシレスモータを使用するので、切削工具を
容易に２０万ｒｐｍ程度の高速回転させることができ、
精密な加工を行うことができる。

【００２５】請求項５の発明によれば、工作機械はフラ
イス盤であるので、切削加工ユニットの着脱が容易で、
フライス盤の制御装置と切削加工ユニットの制御装置と
を併用して制御することにより、広範な加工を行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例による切削加工ユニットを工
作機械のスピンドルに取り付けた状態を示す概略側面図
である。

【図２】 切削加工ユニット単体を示す概略斜視図であ
る。

【図３】 本発明の切削加工ユニットの主要部を示す側
断面図である。

【図４】 本発明の切削加工ユニットを下方から見た下
面図である。

【図５】 凹部Ｈの切削加工時における、凹部Ｈと工具
取り付けアーム、工具との関係を示す図１におけるＸ−
Ｘ線矢視図である。

【図６】 凹部Ｈが段差を有する場合の切削状態を説明
するための要部側断面図である。

【図７】 ワークＷ自体が段差を有する場合の切削状態
を説明するための要部側断面図である。

【図８】 ワークＷに様々な形状の凹部や貫通孔Ｈ等を
加工する際の従来の切削方法を示す斜視図である。

【図９】 従来の切削方法を実施する工作機械を示す斜
視図である。

【符号の説明】

１…切削加工ユニット、２…加工テーブル、８…スピン
ドルヘッド、９…スピンドル、２０…取り付け部、３０
…制御部、３１…ハウジング、４０…切削部、４１ａ〜
４１ｄ…アーム回動軸、４２ａ〜４２ｄ…アーム駆動用
サーボモータ、４３ａ〜４３ｄ…工具取り付けアーム、
４４ａ〜４４ｄ…リニアサーボモータ、４５ａ〜４５ｄ
…工具ヘッド、４６ａ〜４６ｄ…サーボモータ、４７ａ
〜４７ｄ…小型ブラシレスモータ、４８ａ〜４８ｄ…切
削工具、Ｗ…ワーク、Ｈ…凹部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械のスピンドルに取り付けて用い
   る切削加工ユニットにおいて、前記スピンドルに対しそ
   れぞれ回動及び昇降可能に取り付けられた複数の工具取
   り付けアームと、該工具取り付けアームのそれぞれの長
   手方向に移動可能に取り付けられた工具ヘッドと、該工
   具ヘッドのそれぞれに設けられた工具駆動用モータとか
   らなることを特徴とする切削加工ユニット。
2. 【請求項２】 前記工作機械のスピンドルへの取り付け
   部と、前記工具取り付けアームの回動及び昇降機構及び
   前記切削加工ユニットの制御装置を有する制御部と、前
   記工具ヘッドを前記工具取り付けアームに沿って移動す
   る工具ヘッド移動機構と前記工具を着脱自在に保持し駆
   動する工具駆動用モータからなる切削部からなることを
   特徴とする請求項１記載の切削加工ユニット。
3. 【請求項３】 前記切削加工ユニットの制御装置は、前
   記それぞれの工具取り付けアームの回動及び昇降機構、
   工具ヘッド移動機構を個別に制御することを特徴とする
   請求項１または２記載の切削加工ユニット。
4. 【請求項４】 前記工具駆動用モータはブラシレスモー
   タであることを特徴とする請求項１または２記載の切削
   加工ユニット。
5. 【請求項５】 前記工作機械はフライス盤であることを
   特徴とする請求項１または２記載の切削加工ユニット。