JP2003001541A - 工作機械、工具および工具ホルダ - Google Patents

工作機械、工具および工具ホルダ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】主軸に対する姿勢を変更でき、ワークの加工精
度が高く、振動や熱が発生しにくく、長寿命で、低コス
トな工具および工具ホルダを提供する。 【解決手段】ワークを加工する加工具１００と、加工具
１００に出力軸が連結され、当該加工具１００を回転さ
せる電動機１８０と、加工具１００および電動機１８０
を保持する第１の保持部６５と、主軸４６に装着される
装着部６２と、装着部６２を介して主軸４６から回転力
が伝達され、電動機１８０を駆動させる電力を発生する
発電機１７０と、装着部６２を回転自在に保持し、か
つ、発電機１７０を保持し、工作機械の非回転部分４７
に係合する第２の保持部８５と、加工具１００の主軸４
６に対する姿勢を変更可能に第１の保持部６５と第２の
保持部８５とを連結する姿勢調整機構と、第１の保持部
６５の主軸４６の軸心回りの回転位置を調整する回転位
置調整機構とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工具、工具ホルダ
および工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】マシニングセンタは、面削り、穴あけ、
中ぐり、タッピング等の様々な加工を複合的に行うこと
ができる複合工作機械である。マシニングセンタによる
複合加工には、工具自体に機構をもついわゆるアタッチ
メントを用いた加工も含まれる。このアタッチメントと
しては、たとえば、マシニングセンタの主軸に対してカ
ッターの向きを変えてワークを切削することができるも
のや、主軸の回転数よりもカッターの回転数を上昇させ
るためのもの等が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な主軸に対してカッターの向きを変えてワークを加工で
きるアタッチメントでは、カッターの主軸に対する姿勢
を変更するための傾斜機構や主軸に対して主軸の回転力
をカッターに伝達するための歯車機構等の伝達機構が必
要となる。しかしながら、上記のように傾斜機構や伝達
機構が主軸とカッターとの間に存在すると、傾斜機構や
伝達機構の機械的誤差が、ワークの加工精度に影響を及
ぼしやすいという不利益が存在する。また、主軸とカッ
ターとの間に歯車機構等が存在すると、振動や熱が発生
しやすく、これらがワークの加工精度に影響を及ぼしや
すい。さらに、歯車機構等の伝達機構を用いると、寿命
が比較的短い。また、傾斜機構や伝達機構を限られたス
ペースのアタッチメントに内蔵するため、構造が複雑化
しやすく、製造コストも嵩む。
【０００４】本発明は、上述の問題に鑑みて成されたも
のであって、その目的は、主軸に着脱される工具におい
て、工具の主軸に対する姿勢を変更できるとともに、ワ
ークの加工精度が高く、振動や熱が発生しにくく、長寿
命で、低コストな工具および工具ホルダを提供すること
にある。さらに本発明の他の目的は、上記の工具および
工具ホルダを備えた工作機械を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の工具は、工作機
械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、ワーク
を加工する加工具と、前記加工具に出力軸が連結され、
当該加工具を回転させる電動機と、前記加工具および前
記電動機を保持する第１の保持部と、前記主軸に装着さ
れる装着部と、前記装着部を介して前記主軸から回転力
が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生する発
電機と、前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発
電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第
２の保持部と、前記加工具の前記主軸に対する姿勢を変
更可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部とを連結
する姿勢調整機構とを有する。
【０００６】好適には、本発明の工具は、前記第１の保
持部の前記主軸の軸線回りの回転位置を変更可能な回転
位置調整機構をさらに備えている。
【０００７】さらに好適には、本発明の工具は、前記主
軸の回転数に対して前記加工具の回転数を前記発電機と
前記電動機の極数に基づいて決定される所定の変速比で
変速する。
【０００８】前記発電機は、前記主軸の回転数に応じた
周波数の電圧を電動機に供給する交流発電機であり、前
記電動機は、前記周波数に応じた回転数で回転する誘導
電動機である。
【０００９】本発明の工具ホルダは、ワークを加工する
加工具を回転自在に保持し、工作機械本体の主軸に着脱
可能に装着される工具ホルダであって、前記加工具を回
転させる電動機と、前記加工具を回転自在に保持し、か
つ、前記電動機を保持する第１の保持部と、前記主軸に
装着される装着部と、前記装着部を介して前記主軸から
回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を発生
する発電機と、前記装着部を回転自在に保持し、かつ、
前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に係合
する第２の保持部と、前記加工具の前記主軸に対する姿
勢を変更可能に前記第１の保持部と前記第２の保持部と
を連結する姿勢調整機構とを有する。
【００１０】本発明の工作機械は、主軸と、前記主軸を
駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を
変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体
と、前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにした
がって駆動制御する制御装置と、前記工作機械本体の主
軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、前記工具
は、ワークを加工する加工具と、前記加工具に出力軸が
連結され、当該加工具を回転させる電動機と、前記加工
具および前記電動機を保持する第１の保持部と、前記主
軸に装着される装着部と、前記装着部を介して前記主軸
から回転力が伝達され、前記電動機を駆動させる電力を
発生する発電機と、前記装着部を回転自在に保持し、か
つ、前記発電機を保持し、前記工作機械の非回転部分に
係合する第２の保持部と、前記加工具の前記主軸に対す
る姿勢を変更可能に前記第１の保持部と前記第２の保持
部とを連結する姿勢調整機構とを有する。
【００１１】好適には、本発明の工作機械は、前記工具
を前記主軸に対して着脱する自動工具交換装置をさらに
有する。
【００１２】本発明では、主軸が回転すると、発電機が
発電する。発電機の発電した電力は、電動機に供給さ
れ、この電動機によって加工具が駆動される。この発電
機と電動機の特性に応じて工具の回転速度は主軸の回転
速度に対して変速する。また、本発明では、加工具の主
軸に対する姿勢を変更できる、すなわち、ワークに対す
る加工具の姿勢を変更できるので種々の加工に対応でき
る。さらに、加工具の姿勢を変更したとき、電動機も姿
勢が変わるため、加工具へ回転力を伝達させる伝達機構
が必要ない。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用され
る工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図で
ある。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可
能な数値制御工作機械である。
【００１４】図１においてマシニングセンタ１は、門型
のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持さ
れたクロスレール３７を備えており、このクロスレール
３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム
４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられてい
る。
【００１５】サドル４４には、水平方向にクロスレール
３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、こ
れに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合してい
る。送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続
されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回
転駆動される。
【００１６】送り軸４１の回転駆動によって、サドル４
４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５
のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。さらに、
サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が
形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り
軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サ
ーボモータ２０が接続されている。
【００１７】サーボモータ２０によって送り軸４２が回
転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けら
れたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われ
る。ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この
主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸
４６を回転駆動する。主軸４６の先端には、エンドミル
などの工具Ｔが装着され主軸４６の回転によって工具Ｔ
が駆動される。
【００１８】ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸
方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、
図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に
沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、こ
の図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されてい
る。
【００１９】テーブル３５は、サーボモータ１８の回転
駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われ
る。また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ
部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３
２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動
することによりクロスレール３７は昇降する。
【００２０】自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸
４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。この自動工具
交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンに工具
ホルダによって保持された各種工具Ｔを収納しており、
主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アー
ムによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６
に工具交換アームによって装着する。
【００２１】数値制御装置５１は、上記のサーボモータ
１８，１９，２０、クロスレール昇降用モータ３２およ
び主軸モータ３１の駆動制御を行う。数値制御装置５１
は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワー
クの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，
２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御
を行う。また、数値制御装置５１は、加工プログラムに
おいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸３１の回
転数を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行
う。
【００２２】さらに、数値制御装置５１は、加工プログ
ラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定れた工具Ｔの
交換を動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交
換を実行する。
【００２３】図２は、本発明の一実施形態に係る工具の
構成を示す正面図である。図３は、図２に示す工具を矢
印Ｂの向きから見た側面図である。図４は、図２に示す
工具のＡ−Ａ線方向の断面図である。図２に示すよう
に、工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持
する工具ホルダ６１とから構成される。なお、刃具１０
０は本発明の加工具の一実施態様である。
【００２４】工具ホルダ６１は、第１保持部６５と、第
２保持部８５と、装着部６２とを備えている。さらに、
図４に示すように、工具ホルダ６１は第１保持部６５に
内蔵された電動機１８０とを備えている。
【００２５】装着部６２は、把持される把持部６２ａ
と、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリー
ブ４６ａに装着されるテーパシャンク６２ｂと、このテ
ーパシャンク６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド
６２ｃと、軸部６２ｄとを備えている。
【００２６】装着部６２の把持部６２ａは、上記した自
動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工
具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際
および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ
搬送される際に把持される。装着部６２のテーパシャン
ク６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着さ
れることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心に
なる。装着部６２のプルスタッド６２ｃは、装着部６２
が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主
軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレット
によってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵された
クランプ機構は周知技術であるので詳細については省略
する。装着部６２の軸部６２ｄは、図４に示すように、
第２保持部８５に設けられた複数の転がり軸受ＢＲによ
って回転自在に保持されている。
【００２７】第１保持部６５は、図４に示すように、内
部に貫通孔６６ｂとこの貫通孔６６ｂに連通する収容孔
６６ｈとを備えた保持部材６６を有している。この保持
部材６６の上端側の両側部６６ａは互いに平行に配置さ
れている。保持部材６６は、両側部６６ａにそれぞれ設
けられた支持軸９８によって支持されており、支持軸９
８を中心に旋回可能なっている。
【００２８】保持部部材６６の収容孔６６ｈ内には、電
動機１８０が固定されている。貫通孔６６ｂ内には、ベ
アリングＢＲを介して回転軸６８が回転自在に保持され
ており、この回転軸６８の一端部はカップリング６９に
よって電動機１８０の出力軸１８１と連結されている。
【００２９】回転軸６８の他端部は、保持部材６６から
のベアリングＢＲの脱落を防ぐ抜け止め部材７１を貫通
しており、先端にチャッキング部材７０が固定されてい
る。チャッキング部材７０は、たとえば、ドリルやエン
ドミル等からなる刃具１００をチャックする。
【００３０】保持部材６６の収容孔６６ｈの上端側は開
口しており、この開口はキャップ１０５によって閉塞さ
れている。このキャップ１０５は、切削加工中に使用さ
れるオイルやクーラントが収容孔６６ｈ内に侵入するの
を防ぐ。
【００３１】第２保持部８５は、図４に示すように、第
１部材９５と、第２部材８６と、第３部材９０とを有す
る。第１部材９５は、円板状部９５ｂと、円板状部９５
ｂの上面側に環状に形成された嵌合部９５ｃと、円板状
部９５ｂの下面側に平行に伸びる支持部９５ａとを有す
る。各支持部９５ａは、保持部材６６の両側部６６ａ間
の幅に略等しい間隔となるように設けられており、両側
部６６ａを外側から挟み込んでいる。これら各支持部９
５ａには、上記した支持軸９８がそれぞれ設けられてい
る。
【００３２】第２部材８６は、図４に示すように、上端
側にフランジ部８５ａを有する円筒状の部材からなり、
この第２部材８６の下端部の内周に第１部材９５の嵌合
部９５ｃが嵌合している。第２部材８６と第１部材９５
の嵌合部９５ｃとは、たとえば、ボルト等の締結部材に
よって固定されている。
【００３３】第２部材８６の内周には、図４に示すよう
に、フランジ部材８７が嵌合し、ボルト等の締結部材に
よって固定されている。このフランジ部材８７の下面側
に発電機１７０が固定されている。この発電機１７０
は、入力軸１７１が装着部６２の軸部６２ｄに連結され
ている。
【００３４】第３部材９０は、図４に示すように、円筒
状の部材からなり、上端側に装着部６２の軸部６２ｄが
挿入される挿入孔９０ｄを有する。また、円筒部９０ｃ
の外周が第２部材８６の内周に嵌合している。このた
め、第２部材８６は第３部材９０に対して回転可能とな
っている。第３部材９０の内周は、複数のベアリングＢ
Ｒを介して装着部６２の軸部６２ｄを回転自在に保持し
ている。複数のベアリングＢＲは、第３部材９０の下端
側に固定された抜け止め部材８８によって抜け止めされ
ている。第３部材９０のフランジ部９０ｂは、第２部材
８５のフランジ部８５ａと複数のボルト１２１によって
連結されている。
【００３５】また、図２に示すように、第３部材９０の
一端部９０ａには、装着部６２側に突出するように、回
り止めピン９１が設けられている。この回り止めピン９
１は、装着部６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに
装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム
４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに挿入
される。これにより、第３部材９０、すなわち、第２保
持部８５および第１保持部６５は、主軸４６が回転して
も回転が規制される。
【００３６】姿勢調整機構 上記した第１保持部６５は、第２保持部８５に対して姿
勢を変更可能に連結されている。図５は、第１保持部６
５の保持部材６６の両側部６６ａの構造を示す側面図で
ある。図５に示すように、保持部材６６の両側部６６ａ
には、支持軸９８を中心とする円周方向に等間隔で位置
決め用のねじ孔６７が複数形成されている。このねじ孔
６７は、たとえば、支持軸９８を中心に３０度間隔で配
列されている。このねじ孔６７の間隔が第１保持部６５
の第２保持部８５に対する姿勢を調整する際の最小調整
角度であり、ねじ孔６７の間隔を狭くするほど姿勢の微
調整が可能になる。ねじ孔６７には、図２および図４に
示した複数（４本）のボルト９９が螺合し、これにより
第１保持部６５と第２保持部８５とが連結される。ボル
ト９９を取り外し、第１保持部６５の第２保持部８５に
対する傾斜角度を調整したのち、ボルト９９を再び締結
することにより、図２において矢印Ｓで示す方向の第１
保持部６５の姿勢調整を行うことができる。
【００３７】回転位置調整機構 上記した第２保持部８５の第２部材８６と第３部材９０
とは、第１保持部６５の主軸４６の軸線回りの回転位置
を変更可能に連結されている。図６は、第３部材９０の
フランジ部９０ｂの構成を示す側面図である。図６に示
すように、フランジ部９０ｂには、円周方向に等間隔で
位置決め用のねじ孔９０ｈが複数形成されている。この
ねじ孔６７は、たとえば、支持軸９８を中心に３０度間
隔で配列されている。このねじ孔９０ｈの間隔が第１保
持部６５の主軸４６の軸心回りの回転位置を調整する際
の最小調整角度である。ねじ孔９０ｈには、図２〜図４
に示したように、複数（４本）のボルト１２１が螺合し
ており、これにより第２部材８６と第３部材９０とは連
結されている。ボルト１２１を取り外し、第３部材９０
に対して第２部材８６を回転させて第３部材９０と第２
部材８６との相対回転位置を決め、再びボルト１２１を
締結することにより、図２において矢印Ｒで示す第１保
持部６５の主軸４６の軸心回りの回転位置を調整するこ
とができる。
【００３８】発電機１７０は、入力軸１７１が装着部６
２の軸部６２ｄと同心に連結されており、この発電機に
は主軸４６の回転力が装着部６２を介して入力される。
この発電機１７０には、たとえば、三相同期発電機が用
いられる。
【００３９】電動機１８０は、発電機１７０で発電され
た電力が供給される。この発電機８０は、発電機７０か
ら供給される電力によって駆動される。電動機１８０に
は、たとえば、三相誘導電動機が用いられる。
【００４０】図７は、発電機１７０に三相同期発電機が
用いられ、電動機１８０に三相誘導電動機が用いられた
場合の発電機１７０と電動機１８０との結線状態を示す
図である。図７に示すように、３本の導電ケーブルＷ
ｘ，Ｗｙ，Ｗｚによって電動機１８０と発電機１７０と
が接続される。電動機１８０には、発電機１７０で発電
された三相交流が供給される。
【００４１】次に、上記構成の工具６０の動作の一例に
ついて説明する。刃具１００を保持した工具ホルダ６１
がマシニングセンタ１の主軸４６に装着された状態にお
いて、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転させると、工具ホル
ダ６１の装着部６２が回転し、主軸４６の回転力が発電
機１７０に伝達される。このとき、回り止めピン９１は
ラム４５等の非回転部４７に形成された嵌合穴４７ａに
挿入されているため、工具ホルダ６１の装着部６２のみ
が回転する。
【００４２】これにより、発電機１７０は発電する。発
電機１７０に三相同期発電機を用いた場合には、三相交
流を発電する。
【００４３】発電機１７０の発生する三相交流の周波数
ｆは、発電機１７０の極数をＰ1 とし、主軸４６の回転
数をＮ0 〔ｒｐｍ〕とすると、次式（１）によって表さ
れる。
【００４４】 ｆ＝Ｐ1 ×Ｎ0 ／１２０〔Ｈｚ〕 …（１）
【００４５】したがって、主軸４６を回転数Ｎ0 で回転
すると、上記（１）式で表される周波数ｆの三相交流電
力が電動機１８０に供給される。ここで、電動機１８０
に三相誘導電動機を用いた場合、電動機１８０の極数が
Ｐ2 とすると、電動機１８０は３相交流の１サイクルで
２／Ｐ2 回転することから、電動機１８０の同期速度Ｎ
1 は、次式（２）で表される。
【００４６】 Ｎ1 ＝１２０×ｆ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕 …（２）
【００４７】したがって、主軸４６の回転数Ｎ0 に対す
る工具の回転数Ｎ1 は次式（３）によって表される。
【００４８】 Ｎ1 ＝Ｎ0 ×Ｐ1 ／Ｐ2 〔ｒｐｍ〕 …（３）
【００４９】（３）式からわかるように、主軸４６の回
転数Ｎ0 は、上記（３）式で表される回転数Ｎ1 に変速
される。（３）式で示すように、発電機１７０の極数Ｐ
1 と電動機１８０の極数Ｐ2 との比を適宜設定すること
により、主軸４６の回転数Ｎ0 に対する工具の回転数Ｎ
1 の変速比を任意に設定することが分かる。すなわち、
主軸４６の回転数Ｎ0 を増速したい場合には、極数比Ｐ
1 ／Ｐ2 を１より大きくし、減速したい場合には、極数
比Ｐ1 ／Ｐ2 を１より小さくなるように、発電機１７０
の極数Ｐ1 および電動機１８０の極数Ｐ2 を予め選択す
ればよい。
【００５０】次に、上記構成の工具６０を用いたワーク
の加工方法の一例について説明する。たとえば、金型等
のワークを切削加工する際には、刃具１００のワークに
対する姿勢を変えて切削することが必要な場合が多々あ
る。一方、マシニングセンタ１のもつ制御軸は限られて
おり、ワークに対する刃具１００の姿勢を、制御軸の制
御のみによっては変更できない場合もある。
【００５１】このため、たとえば、図８に示すように、
上記構成の工具６０の第１保持部６５の姿勢を第２保持
部８５に対して所定角度、たとえば、９０度旋回させた
ものや、第１保持部６５の矢印Ｒ方向の回転位置を適宜
調整したものを予め複数用意しておく。すなわち、ワー
クの加工条件に応じて姿勢や回転位置を適宜調整した工
具６０をマシニングセンタ１の自動工具交換装置３９の
マガジンに予め収容しておく。
【００５２】また、アルミニウム合金材等の難削材から
なるワークを加工する際には、刃具１００の回転数を主
軸４６の最大回転数Ｎmax よりも高くしたい場合があ
る。このような場合のために、工具６０の増速比が、た
とえば、１０となるように、上記の極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が
１０である三相同期発電機および三相誘導電動機を内蔵
させたものをマシニングセンタ１の自動工具交換装置３
９のマガジンに予め収容しておく。
【００５３】次いで、自動工具交換装置３９によって、
主軸４６に通常の工具と同様に複数の工具６０のうち、
必要な工具６０を自動装着する。なお、通常の工具と
は、工具ホルダに刃具がクランプされたものである。主
軸４６を主軸モータ３１を駆動して回転させるが、工具
ホルダ６１に保持された刃具１００の回転数は、主軸４
６の回転数によって制御する。すなわち、数値制御装置
５１にダウンロードする加工プログラムにおいて、主軸
４６の回転数をＳコードで指定することにより、工具ホ
ルダ６１に保持された刃具１００の回転数を規定してお
く。
【００５４】たとえば、工具ホルダ６１に保持された刃
具１００を３００００ｒｐｍで回転させたい場合には、
極数比Ｐ1 ／Ｐ2 が１０である三相同期発電機および三
相誘導電動機を内蔵させた工具６０を主軸４６に装着
し、加工プログラムにおいてＳコードで主軸４６の回転
数を３０００ｒｐｍに指定しておく。主軸４６を３００
０ｒｐｍで回転させると、発電機１７０は主軸４６の回
転数および極数Ｐ1 に応じた周波数の三相交流を発生す
る。電動機１８０は、発電機１７０から供給される三相
交流によって駆動され、工具ホルダ６１に保持された刃
具１００は、略３００００ｒｐｍの回転数で回転する。
【００５５】上記のように刃具１００が増速された状態
で、テーブル３５に固定されたワークと刃具１００（主
軸４６）とを加工プログラムにしたがって相対移動させ
ることにより、ワークの切削加工が行われる。これによ
り、主軸の最大回転数Ｎmax が制限されるマシニングセ
ンタ１を使用した場合であっても、アルミニウム合金材
等の難削材からなるワークの高速加工が可能となる。
【００５６】また、ワークを加工する際に、ワークの被
加工面の傾斜角度等に応じて、刃具１００の姿勢が調整
された工具６０を適宜選択し、自動工具交換装置３９に
よって、主軸４６に自動装着する。これにより、たとえ
ば、ワークの被加工面が複雑な形状を有していても、工
具６０を適宜選択することにより、容易に対応すること
ができる。すなわち、本実施形態によれば、制御軸の数
が限られたマシニングセンタ１において、刃具１００の
姿勢を任意に調整できる工具６０をを用いることによ
り、マシニングセンタ１を何ら改造することなくマシニ
ングセンタ１の加工可能な範囲を大幅に拡大させること
ができる。
【００５７】また、本実施形態によれば、通常の工具と
同様にユニット化された工具６０に発電機１７０および
電動機１８０を内蔵し、発電機１７０で発生した電力で
駆動される電動機１８０によって刃具１００を直接を回
転させるため、歯車装置のように発熱が増大したり、振
動が発生せず加工精度の低下が抑制される。
【００５８】また、本実施形態では、発電機１７０およ
び電動機１８０を用いて変速するため、歯車装置等の噛
合による伝達機構を用いるよりも低コスト化が可能であ
り、騒音も抑制できる。
【００５９】また、本実施形態によれば、工具６０を主
軸４６に対して着脱自在とし、かつ、自動工具交換装置
３９によって通常の工具と同様に交換可能となっている
ため、工具交換を迅速に行うことができる。
【００６０】また、本実施形態によれば、主軸４６の回
転によって発電した電力によって刃具１００を駆動する
ため、外部から駆動電流を供給する必要がなく、この結
果、電源供給のための結線が必要ない。さらに、本実施
形態では、発電機１７０として三相同期発電機を用い、
電動機１８０として三相誘導電動機を用いる構成として
いるため、工具ホルダ６１に保持される刃具１００の回
転数を主軸４６の回転数によって容易に制御可能とな
る。すなわち、三相同期発電機は主軸４６の回転数に正
確に比例した周波数の電圧を発生し、三相誘導電動機は
この周波数に比例した回転数で工具を駆動することか
ら、主軸４６の回転数および三相同期発電機と三相誘導
電動機との極数比により刃具１００の回転数を容易にか
つ正確に制御できる。
【００６１】また、電動機１８０にはロータの回転位置
を検出するための位置検出素子が必要ないため、数値制
御装置５１と工具ホルダ６１との間で配線が必要なく、
工具６０を主軸４６から完全に独立化することができ、
通常の工具と全く同様に取り扱うことが可能になる。
【００６２】なお、上述した実施形態では、アルミニウ
ム合金材の高速加工への適用の場合について説明した
が、本発明は主軸４６の回転数を増速させる必要がある
加工であればいずれにも適用可能である。たとえば、超
硬合金、ガラス、セラミクス等の各種の難削材の加工に
適用可能である。また、上述した実施形態では、主軸４
６の回転数を増速させる場合について説明したが、主軸
４６の回転数を減速させることも可能である。この場合
には、主軸４６よりも大きなトルクを刃具１００に作用
させることができる。
【００６３】また、上述した実施形態では、発電機１７
０として三相同期発電機を用い、電動機１８０として三
相誘導電動機を用いる場合について説明したが、刃具１
００の回転数を管理する観点からは不利となるが、たと
えば、直流発電機と直流電動機との組合せによって主軸
４６の回転数を変速する構成を採用することも可能であ
る。すなわち、直流電動機の回転数は、直流発電機から
供給される電圧や負荷によって決定されるため、主軸４
６の回転数から刃具１００の回転数を直接的に制御する
のは難しいが、予め直流電動機および直流発電機の出力
特性や負荷特性について測定しておくことにより、直流
発電機と直流電動機との組合せによって主軸４６の回転
数を一定の増速比または減速比で変速することは可能で
ある。また、他の種類の発電機および電動機を使用する
ことも可能である。
【００６４】
【発明の効果】本発明によれば、工具の主軸に対する姿
勢を任意に変更できるとともに、ワークの加工精度が高
く、振動や熱が発生しにくく、長寿命で、低コストな工
具および工具ホルダならびに工作機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としてのマ
シニングセンタの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る工具の構成を示す正
面図である。
【図３】図２に示す工具を矢印Ｂの向きから見た側面図
である。
【図４】図２に示す工具のＡ−Ａ線方向の断面図であ
る。
【図５】第１保持部６５の保持部材６６の両側部６６ａ
の構造を示す側面図である。
【図６】第３部材９０のフランジ部９０ｂの構成を示す
側面図である。
【図７】発電機１７０に三相同期発電機が用いられ、電
動機１８０に三相誘導電動機が用いられた場合の発電機
１７０と電動機１８０との結線状態を示す図である。
【図８】工具６０の第１保持部６５の姿勢を第２保持部
８５に対して調整した一例を示す図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ ３１…主軸モータ ３９…自動工具交換装置 ４６…主軸 ５１…ＮＣ装置 ６０…工具 ６１…工具ホルダ ６２…装着部 ６５…第１保持部 ６６…保持部材 ７０…チャッキング部材 ８５…第２保持部 ９５…第１部材 ８６…第２部材 ９０…第３部材 ９５…工具装着部 １００…刃具 １７０…発電機 １７１…入力軸 １８０…電動機 １８１…出力軸
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 崇純 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社内 (72)発明者 相良 誠 静岡県沼津市大岡2068−３ 東芝機械株式 会社内 Ｆターム(参考） 3C001 KA05 KA07 KB02 KB04 KB09 3C016 FA33 FA34

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】工作機械の主軸に着脱可能に装着される工
    具であって、 ワークを加工する加工具と、 前記加工具に出力軸が連結され、当該加工具を回転させ
    る電動機と、 前記加工具および前記電動機を保持する第１の保持部
    と、 前記主軸に装着される装着部と、 前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前
    記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、 前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保
    持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持
    部と、 前記加工具の前記主軸に対する姿勢を変更可能に前記第
    １の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機
    構とを有する工具。
  2. 【請求項２】前記第１の保持部の前記主軸の軸線回りの
    回転位置を変更可能な回転位置調整機構をさらに備えて
    いる請求項１に記載の工具。
  3. 【請求項３】前記主軸の回転数に対して前記加工具の回
    転数を前記発電機と前記電動機の極数に基づいて決定さ
    れる所定の変速比で変速する請求項１または２に記載の
    工具。
  4. 【請求項４】前記発電機は、前記主軸の回転数に応じた
    周波数の電圧を電動機に供給する交流発電機であり、 前記電動機は、前記周波数に応じた回転数で回転する誘
    導電動機である請求項１〜３のいずれかに記載の工具。
  5. 【請求項５】前記発電機は、三相同期発電機であり、 前記電動機は、三相誘導電動機である請求項４に記載の
    工具。
  6. 【請求項６】ワークを加工する加工具を回転自在に保持
    し、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホ
    ルダであって、 前記加工具を回転させる電動機と、 前記加工具を回転自在に保持し、かつ、前記電動機を保
    持する第１の保持部と、 前記主軸に装着される装着部と、 前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前
    記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、 前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保
    持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持
    部と、 前記加工具の前記主軸に対する姿勢を変更可能に前記第
    １の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機
    構とを有する工具ホルダ。
  7. 【請求項７】前記第１の保持部の前記主軸の軸線回りの
    回転位置を変更可能な回転位置調整機構をさらに備えて
    いる請求項６に記載の工具ホルダ。
  8. 【請求項８】主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、
    前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一
    の制御軸とを備える工作機械本体と、 前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがっ
    て駆動制御する制御装置と、 前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具
    と、を有し、 前記工具は、ワークを加工する加工具と、 前記加工具に出力軸が連結され、当該加工具を回転させ
    る電動機と、 前記加工具および前記電動機を保持する第１の保持部
    と、 前記主軸に装着される装着部と、 前記装着部を介して前記主軸から回転力が伝達され、前
    記電動機を駆動させる電力を発生する発電機と、 前記装着部を回転自在に保持し、かつ、前記発電機を保
    持し、前記工作機械の非回転部分に係合する第２の保持
    部と、 前記加工具の前記主軸に対する姿勢を変更可能に前記第
    １の保持部と前記第２の保持部とを連結する姿勢調整機
    構とを有する工作機械。
  9. 【請求項９】前記第１の保持部の前記主軸の軸線回りの
    回転位置を変更可能な回転位置調整機構をさらに備えて
    いる請求項８に記載の工作機械。
  10. 【請求項１０】前記工具を前記主軸に対して着脱する自
    動工具交換装置をさらに有する請求項８または９に記載
    の工作機械。
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