JP2005254365A - 工作機械 - Google Patents

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Abstract

【課題】ワーク径の変化や工具の摩耗等の影響を受けることなく、両持ち可能工具を確実に支持することができる工作機械を提供する。
【解決手段】工具支持ユニット２０は、アーバＡを介して、工具主軸頭１９に一端側が装着されたホブＨの他端側を、回転可能に支持する支持部材２２を有する可動部２１と、この可動部２１をスライド自在に支持する、タレット１４に固定設置された固定部３５とから構成されている。可動部２１は、支持部材２２を回転可能に保持する第１保持部材２４と、この第１保持部材２４を、支持部材２２の回転軸に直交する軸を中心に回転可能に保持する第２保持部材２５ａ、２５ｂと、この第２保持部材２５ａ、２５ｂに連設された、固定部３５に形成されたスライドガイドに嵌合するスライド部材２７とを備えており、この工具支持ユニット２０が工具支持位置に割り出された状態では、可動部２１がＹ軸方向に進退するようになっている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、複合加工旋盤のように、工具が装着される旋回可能な工具主軸頭を備えた工作機械に関する。
近年、旋削加工以外にフライス加工、ドリル加工等を行うことができる複合加工旋盤には、斜め穴加工等を行うことができるものもあり、こういった複合加工旋盤は、工具マガジンに収容された種々の工具が自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって着脱される工具主軸頭を備えている。
この種の複合加工旋盤としては、例えば、図９に示すように、ベッド１１の一端側に第１主軸台１２が固定設置されていると共に、この第１主軸台１２に対向するように、ベッド１１の他端側に第２主軸台１３がＺ軸方向に移動可能に設置された、２スピンドルタイプの複合加工旋盤１がある。この複合加工旋盤１は、第１主軸台１２と第２主軸台１３との間に、タレット１４を旋回割出可能に支持する刃物台１５が、ベッド１１上をＺ軸方向に移動するサドル１６上にＸ軸方向に移動可能に設置されていると共に、ベッド１１の後方側には、ベッド１１上をＺ軸方向に移動するコラム１７が立設されており、このコラム１７の傾斜面にはＸ軸方向に移動する支持ベース１８を介して工具主軸頭１９がＢ軸方向に旋回可能に支持されている。
こういった複合加工旋盤１では、工具主軸頭１９をＢ軸方向に旋回させることで主軸に対して工具主軸を任意の角度に設定することができるので、第１主軸台１２や第２主軸台１３に取り付けたワークに対して斜め穴加工等を行うことができるだけでなく、工具主軸頭１９に歯切り工具であるホブを装着することにより、第１主軸台１２及び第２主軸台１３に取り付けたワークに対して歯切り加工を行うことが可能となり、切削加工等の前加工を行なったワークを別途歯切り専用機であるホブ盤に取り付けて歯切り加工を行う必要がなくなるという利点がある。
ところで、上述したような複合加工旋盤１で歯切り加工を行う場合は、ホブが工具主軸頭１９に片持ち状態で装着されることになるが、ホブはワークに対する切削抵抗が大きいので、片持ち状態で歯切り加工を行うと、ホブにたわみが生じやすく、加工中に発生する振動や切削抵抗の変動に伴って、ワークの加工精度を確保することが難しいといった問題がある。
そこで、本願出願人は、図１０及び図１１に示すように、油圧によって出退する心押し軸５３を有する本体部５２を、Ｂ軸方向に旋回可能に、受台５１に支持した心押しタイプの工具支持ユニット５０をタレット１４に取り付け、工具主軸頭１９に一端側が装着されたホブＨ等の両持ち可能工具の他端側を、本体部５２の心押し軸５３によって、回転可能に支持することを提案している（特許文献１参照）。なお、図１０及び図１１における符号Ｗは、ワークを示している。
特開２００３−３１１５０２号公報
しかしながら、上述したような工具支持ユニット５０は、ホブＨを支持する心押し軸５３を有する本体部５２がＢ軸方向に旋回するだけなので、例えば、径の異なるワークＷに対して歯切り加工を行う場合は、そのワークＷの径に応じて、工具支持ユニット５０を交換しなければならず、また、ワークＷの径が同じであっても、ホブＨが摩耗した場合は、その摩耗量に応じて、工具支持ユニット５０の装着位置を調整しなければならず、作業性が悪いといった問題がある。
そこで、この発明の課題は、ワーク径の変化や工具の摩耗等の影響を受けることなく、両持ち可能工具を確実に支持することができる工作機械を提供することにある。
上記の課題を解決するため、請求項１にかかる発明は、ワークが装着される主軸台と、工具が装着される旋回可能な工具主軸頭と、工具が装着されるタレットとを備え、前記タレットには、前記工具主軸頭に一端側が装着された両持ち可能工具を、その他端側で回転可能に支持する支持部材を有する工具支持ユニットが装着されており、前記工具支持ユニットが所定の工具支持位置に割り出された状態では、前記支持部材を、前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退させることができるようになっていると共に、前記工具主軸頭の旋回方向と同方向に旋回させることができるようになっていることを特徴とする工作機械を提供するものである。
また、請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる発明の工作機械において、前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退する前記支持部材を、前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に支える支え手段を設けたのである。
また、請求項３にかかる発明は、請求項１または２にかかる発明の工作機械において、前記両持ち可能工具の支持を解除する際、前記工具支持ユニットにおける前記支持部材の状態を保持するようにしたのである。
また、請求項４にかかる発明は、請求項１、２または３にかかる発明の工作機械において、予め定められた所定の旋回位置で、前記支持部材による前記両持ち可能工具の支持及び支持の解除を行うようにしたのである。
以上のように、請求項１にかかる発明の工作機械では、工具支持ユニットが所定の工具支持位置に割り出された状態で、支持部材を、工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退させることができるようになっているので、加工しようとするワークの径が変化した場合や両持ち可能工具が摩耗したような場合であっても、工具支持ユニット自体を交換したり、工具支持ユニットの装着位置を調整したりする必要がなく、工具主軸頭及び支持部材を工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退させることによって、簡単に対応することができる。
また、請求項１にかかる発明の工作機械では、工具主軸頭に装着された両持ち可能工具を工具支持ユニットの支持部材によって支持した状態で、工具主軸頭を、その旋回軸の軸方向に進退させることによって、両持ち可能工具を介して、支持部材を工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退させることになるが、工具主軸頭の旋回軸が傾斜している場合は、両持ち可能工具を工具主軸頭の旋回軸に沿って昇降させるときに、支持部材を含む可動部分の重量が両持ち可能工具（アーバ）に加わるので、両持ち可能工具（アーバ）が撓んでしまい、両持ち可能工具を精度よく位置決めすることができないという問題がある。
しかしながら、請求項２にかかる発明の工作機械は、前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退する前記支持部材を、前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に支える支え手段を備えているので、両持ち可能工具を工具主軸頭の旋回軸に沿って昇降させるときに、支持部材を含む可動部分の重量が両持ち可能工具（アーバ）に加わることがなく、両持ち可能工具（アーバ）の撓みを最小限に抑えることができるので、両持ち可能工具を精度よく位置決めすることが可能となる。
また、請求項３にかかる発明の工作機械では、両持ち可能工具の支持を解除する際、工具支持ユニットにおける支持部材の状態を保持するようになっているので、両持ち可能工具の支持を解除するときの工具主軸頭の位置をＮＣ装置等に記憶しておくと、次に、両持ち可能工具を支持するときは、工具支持ユニットを工具支持位置に割り出した後、両持ち可能工具が装着された工具主軸頭をＮＣ装置等に記憶されている位置に移動させることにより、両持ち可能工具を支持部材によって支持することができるので、両持ち可能工具の支持及び支持の解除を自動化することが可能となる。
特に、請求項４にかかる発明の工作機械では、支持部材が、予め定められた所定の旋回位置で、両持ち可能工具の支持及び支持の解除を行うようになっているので、支持部材を、簡単な保持機構によって、所定の両持ち可能工具の支持及び支持の解除を行う位置に保持することができる。
以下、実施の形態について図面を参照して説明する。この工作機械は、図９及び図１０に示す複合加工旋盤１における工具支持ユニット５０に代えて、本発明の特徴部分を備えている工具支持ユニット２０を搭載したものであり、複合加工旋盤１と同一の基本構成を有しているので、同一の構成要素については、同一符号を付してその説明を省略し、異なる構成要素である工具支持ユニット２０について、詳細に説明する。
この工具支持ユニット２０は、図１及び図２に示すように、アーバＡを介して、工具主軸頭１９に一端側（アーバＡの一端側）が装着されたホブＨの他端側（アーバＡの他端側）を、回転可能に支持する支持部材２２を有する可動部２１と、この可動部２１をスライド自在に支持する、タレット１４に固定設置された固定部３５とから構成されており、この工具支持ユニット２０が工具支持位置に割り出された状態では、可動部２１が、工具主軸頭１９の旋回軸であるＹ軸方向に進退するようになっている。
前記可動部２１は、図３〜図６に示すように、ベアリング２３を介して、支持部材２２を回転可能に保持する第１保持部材２４と、この第１保持部材２４を、ベアリング２６ａ、２６ｂを介して、支持部材２２の回転軸に直交する軸を中心に回転可能に保持する第２保持部材２５ａ、２５ｂと、この第２保持部材２５ａ、２５ｂに連設された、固定部３５に形成されたスライドガイド３６に嵌合するスライド部材２７とを備えており、支持部材２２は、アーバＡの他端側に固定されたサポートスリーブＳＳに嵌合する凸部２２ａを有している。また、支持部材２２は、回転中心に形成されたエア供給路２２ｂと、凸部２２ａ部分に形成された、エア供給路２２ｂに連通して凸部２２ａの周面に開放されるエア供給路２２ｃとを有しており、アーバＡの他端側に固定されたサポートスリーブＳＳに凸部２２ａが嵌合した状態では、サポートスリーブＳＳによって、エア供給路２２ｃが閉塞されるようになっている。
前記第１保持部材２４における第２保持部材２５ｂ側には、両端部を除いて薄肉に形成された内筒体２８が外嵌されていると共に、その外側には、内筒体２８における薄肉部との間に所定の空隙ｓが形成されるように、厚肉の外筒体２９が外嵌されており、内筒体２８及び外筒体２９は、それぞれ第２保持部材２５ｂに連結されている。
前記外筒体２９には、図３及び図４に示すように、ボールプランジャ３１が取り付けられており、このボールプランジャ３１のボールが、第１保持部材２４における第２保持部材２５ｂ側の端面に固定された扇形の位置決部材３０に形成された凹部３０ａに嵌り込むことによって、第１保持部材２４が、その回転方向の所定位置（工具支持ユニット２０が工具支持位置に割り出された状態では、支持部材２２の中心軸がＸ軸方向を向く位置）に位置決めされるようになっている。
また、外筒体２９には、図３に示すように、内筒体２８との間に形成される空隙ｓに連通する油圧供給路２９ａが形成されており、この油圧供給路２９ａから、空隙ｓに油圧を供給すると、内筒体２８の薄肉部が変形して、第１保持部材２４の外周面を押圧するので、第１保持部材２４と内筒体２８との摩擦力によって、第１保持部材２４を任意の回転位置に保持することができるようになっている。
また、第１保持部材２４には、支持部材２２のエア供給路２２ｂに連通するエア供給路２４ａが形成されており、ホブＨが支持部材２２によって支持されていない状態、即ち、サポートスリーブＳＳによって支持部材２２のエア供給路２２ｃが閉塞されていない状態で、エア供給路２４ａに加圧空気を供給したときに比べて、ホブＨが支持部材２２によって支持されている状態、即ち、サポートスリーブＳＳによって支持部材２２のエア供給路２２ｃが閉塞されている状態で、エア供給路２４ａに加圧空気を供給したときのほうが、エア供給路２２ｂ、２２ｃ、２４ａ内の圧力が高くなっているので、この圧力変化を検知することで、ホブＨが支持部材２２によって支持されているか否かを把握することができるようになっている。
また、前記スライド部材２７における第２保持部材２５ｂ側の端部には、図２及び図６に示すように、ピストン部材３２が進退可能に挿入される穴２７ａを有するカウンタバランスシリンダ部が形成されており、固定部３５に取り付けられた支持片３４を、ピストン部材３２の端部に取り付けられた係止部材３３の周溝３３ａに嵌合させることによって、ピストン部材３２が、固定部３５に対して所定の位置に保持されるようになっている。
前記ピストン部材３２には、エア供給路３２ａが形成されており、このエア供給路３２ａ内が、常時、所定の圧力（この場合、可動部２１の重量の６０〜７０％の重量に相当する圧力）に保持されるように、エア供給路３２ａへの加圧空気の供給圧が制御されるようになっている。従って、図１に示すように、この工具支持ユニット２０が工具支持位置に割り出されることによって、可動部２１のスライド方向が、傾斜しているＹ軸方向に一致した状態であっても、このカウンタバランスシリンダ部によって可動部２１が常時支えられているので、工具主軸頭１９をＹ軸方向に移動させることによって、可動部２１を上方側に移動させる場合に、可動部２１の全重量がアーバＡや工具主軸頭１９に加わることがない。
前記固定部３５は、図５に示すように、可動部２１を固定部３５の任意の位置に保持する油圧シリンダ部を有しており、この油圧シリンダ部を構成しているピストン３７の大径部によって区画されるそれぞれのシリンダ室Ｒ１、Ｒ２に油圧を供給することができるようになっている。従って、一方のシリンダ室Ｒ１に油圧を供給すると、ピストン３７がスライドガイド３６に嵌り込んでいるスライド部材２７を押圧し、スライド部材２７側の摺動面２７ｂがスライドガイド３６側の摺動面３６ａに押し付けられるので、摺動面２７ｂ、３６ａ間に発生する摩擦力によって、スライド部材２７（可動部２１）の移動が制限され、逆に、他方のシリンダ室Ｒ２に油圧を供給すると、ピストン３７によるスライド部材２７の押圧が解除されるので、スライド部材２７（可動部２１）を自由に移動させることができる状態となる。
また、シリンダ室Ｒ１には、スライド部材２７側の摺動面２７ｂをスライドガイド３６側の摺動面３６ａに押圧する方向に、ピストン３７を、常時、付勢するコイルバネ３８が設けられており、電源スイッチをＯＦＦすることによって、シリンダ室Ｒ１への油圧の供給が停止された場合であっても、コイルバネ３８の付勢力によって、スライド部材２７側の摺動面２７ｂがスライドガイド３６側の摺動面３６ａに押し付けられ、可動部２１の移動が制限されるようになっている。
以上のように構成された工具支持ユニット２０を用いて、ホブＨを支持する場合は、まず、自動工具交換装置（ＡＴＣ）によって、工具主軸頭１９にホブＨの一端側（アーバＡの一端側）を装着すると共に、工具支持ユニット２０を工具支持位置に割り出した後、図７（ａ）に示すように、ボールプランジャ３１のボールを位置決部材３０の凹部３０ａに嵌め込むことによって、支持部材２２の凸部２２ａがＸ軸方向を向くように、第１保持部材２４を位置決めした状態で、工具主軸頭１９を移動させて、アーバＡの他端側に取り付けられたサポートスリーブＳＳを、支持部材２２の凸部２２ａに嵌合させることにより、ホブＨの他端側（アーバＡの他端側）を支持部材２２によって支持する。
続いて、同図（ｂ）に示すように、工具主軸頭１９をＢ軸方向に旋回させながら、Ｘ軸、Ｚ軸方向に移動させることによって、ホブＨを所定の角度に傾斜させると共に、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、ワーク径に応じて、工具主軸頭１９をＹ軸方向に移動させることによって、ホブＨを加工開始点まで移動させた後、外筒体２９の油圧供給路２９ａから、空隙ｓに油圧を供給することによって、第１保持部材２４のＢ軸方向への移動を制限すると共に、固定部３５のシリンダ室Ｒ１に油圧を供給することによって、可動部２１のＹ軸方向への移動を制限した状態で、ワークの加工を開始することになる。
ワークの加工が完了すると、第１保持部材２４のＢ軸方向への移動制限を解除すると共に、可動部２１のＹ軸方向への移動制限を解除した後、工具主軸頭１９をＢ軸方向に旋回させながら、Ｘ軸、Ｚ軸方向に移動させることによって、支持部材２２の凸部２２ａがＸ軸方向を向くように、第１保持部材２４をＢ軸方向に位置決めすると共に、Ｙ軸方向の任意の位置に移動させた後、再度、可動部２１のＹ軸方向への移動を制限した状態で、工具主軸頭１９をＸ軸方向に移動させることによって、ホブＨの支持部材２２による支持を解除する。
このように、ホブＨの支持部材２２による支持を解除する際は、第１保持部材２４がＢ軸方向に位置決めされていると共に、可動部２１のＹ軸方向への移動が制限されているので、ホブＨの支持部材２２による支持を解除する直前の工具主軸頭１９の位置を記憶しておくと、次に、この工具支持ユニット２０を用いてホブＨを支持する際は、工具支持ユニット２０を工具支持位置に割り出した後、記憶している位置に工具主軸頭１９を移動させることによって、工具支持ユニット２０によるホブＨの支持を自動化することができる。
以上のように、この複合加工旋盤では、工具支持ユニット２０が所定の工具支持位置に割り出された状態で、ホブＨの他端側を支持する支持部材２２を備えた可動部２１を、工具主軸頭１９の旋回軸の軸方向であるＹ軸方向に進退させることができるようになっているので、加工しようとするワークの径が変化した場合やホブＨが摩耗したような場合であっても、工具支持ユニット自体を交換したり、工具支持ユニットの装着位置を調整したりする必要がなく、工具主軸頭１９及び可動部２１をＹ軸方向に進退させることによって、簡単に対応することができる。
また、この複合加工旋盤では、上述したように、工具主軸頭１９に装着されたホブＨを工具支持ユニット２０の支持部材２２によって支持した状態で、工具主軸頭１９をＹ軸方向に進退させることによって、ホブＨ（アーバＡ）を介して、支持部材２２をＹ軸方向に進退させることになるが、工具支持ユニット２０が、アーバＡを介してホブＨを支持する支持部材２２を備えた可動部２１をＹ軸方向に支えるカウンタバランスシリンダ部を備えているので、上述したように、ホブＨをＹ軸に沿って昇降させるときに、可動部２１の全重量がアーバＡに加わることがなく、即ち、アーバＡは可動部２１の全重量の３０〜４０％の重量を支えればよく、アーバＡの撓みを最小限に抑えることができるので、ホブＨを精度よく位置決めすることが可能となる。
なお、上述した実施形態では、ボールプランジャ３１のボールを位置決部材３０の凹部３０ａに嵌め込むことによって、支持部材２２の凸部２２ａがＸ軸方向を向くように、第１保持部材２４を位置決めした状態で、支持部材２２に対するホブＨの着脱を行うようにしているが、これに限定されるものではなく、支持部材２２に対するホブＨの着脱時に、第１保持部材２４のＢ軸方向への回転を制限することができるのであれば、支持部材２２の凸部２２ａが任意の方向を向いた状態で、支持部材２２に対するホブＨの着脱を行うことも可能である。
また、上述した実施形態では、工具支持ユニット２０を構成している可動部２１をＹ軸方向の任意の位置に移動させた状態で、支持部材２２に対するホブＨの着脱を行うようにしているが、これに限定されるものではなく、可動部２１を、予め定めたＹ軸方向の特定の位置に移動させた状態で、支持部材２２に対するホブＨの着脱を行うようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、ホブＨを用いてワークに歯切り加工を行う場合について説明したが、これに限定されるものではなく、平フライス（円筒フライス）、溝フライス（サイドカッター）、メタルソー（すりわりフライス）、角フライス、ねじフライス、総形フライス、組合せフライス、インボリュートフライス等の種々の両持ち可能工具を使用する場合に有効であることはいうまでもない。
また、上述した各実施形態では、２スピンドルタイプの複合加工旋盤について説明したが、本発明の工作機械は、こういった２スピンドルタイプに限定されるものではなく、旋回可能な工具主軸頭及びタレットを備えた種々の工作機械に適用することができることはいうまでもない。ただし、上述したような２スピンドルタイプの複合加工旋盤では、ワークを両持ち状態で支持することができるので、工具のみならず、ワークの撓みについても抑えることができ、さらに加工精度が向上するという効果が得られる。
この発明にかかる工作機械の一実施形態である複合加工旋盤に搭載された工具支持ユニットを示す斜視図である。 同上の工具支持ユニットを異なる方向から視た斜視図である。 同上の工具支持ユニットを構成している可動部を示す断面図である。 図３のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 同上の工具支持ユニットを示す断面図である。 同上の工具支持ユニットを構成しているカウンタバランスシリンダ部を示す断面図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の工具支持ユニットによるホブの支持動作を説明するための動作説明図である。 （ａ）、（ｂ）は同上の工具支持ユニットによるホブの支持動作を説明するための動作説明図である。 工具支持ユニットが搭載された従来の複合加工旋盤の基本構造を示す斜視図である。 同上の複合加工旋盤によって、ワークに歯切り加工を行っている状態を示す部分拡大斜視図である。 同上の複合加工旋盤の工具主軸頭と工具支持ユニットとによってホブの両端部が支持されている状態を示す概略正面図である。
符号の説明
１ 複合加工旋盤
１１ ベッド
１２ 第１主軸台
１３ 第２主軸台
１４ タレット
１５ 刃物台
１６ サドル
１７ コラム
１８ 支持ベース
１９ 工具主軸頭
２０ 工具支持ユニット
２１ 可動部
２２ 支持部材
２２ａ 凸部
２３ ベアリング
２４ 第１保持部材
２５ａ、２５ｂ 第２保持部材
２６ａ、２６ｂ ベアリング
２７ スライド部材
２８ 内筒体
２９ 外筒体
２９ａ 油圧供給路
３０ 位置決部材
３０ａ 凹部
３１ ボールプランジャ
３２ ピストン部材
３２ａ エア供給路
３３ 係止部材
３３ａ 周溝
３４ 支持片
３５ 固定部
３６ スライドガイド
３７ ピストン
３８ コイルバネ
Ａ アーバ
Ｈ ホブ
ＳＳ サポートスリーブ

Claims (4)

  1. ワークが装着される主軸台と、
    工具が装着される旋回可能な工具主軸頭と、
    工具が装着されるタレットと
    を備え、
    前記タレットには、前記工具主軸頭に一端側が装着された両持ち可能工具を、その他端側で回転可能に支持する支持部材を有する工具支持ユニットが装着されており、
    前記工具支持ユニットが所定の工具支持位置に割り出された状態では、
    前記支持部材を、
    前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退させることができるようになっていると共に、前記工具主軸頭の旋回方向と同方向に旋回させることができるようになっていることを特徴とする工作機械。
  2. 前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に進退する前記支持部材を、前記工具主軸頭の旋回軸の軸方向に支える支え手段を備えている請求項１に記載の工作機械。
  3. 前記両持ち可能工具の支持を解除する際、前記工具支持ユニットにおける前記支持部材の状態が保持されるようになっている請求項１または２に記載の工作機械。
  4. 前記支持部材は、予め定められた所定の旋回位置で、前記両持ち可能工具の支持及び支持の解除を行うようになっている請求項３に記載の工作機械。
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