JP2006341360A

JP2006341360A - 主軸ヘッド

Info

Publication number: JP2006341360A
Application number: JP2005171405A
Authority: JP
Inventors: Kazumitsu Kiyozawa; 和満清澤; Hiroshi Sano; 博佐野; Hitoshi Nakagawa; 均中川; Yoshimitsu Joho; 義光城宝
Original assignee: Nippei Toyama Corp
Current assignee: Nippei Toyama Corp
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-12-21

Abstract

【課題】工具回転軸の高速回転を行うことができるとともに、工具回転軸の回転剛性を確保することができる主軸ヘッドを提供する。
【解決手段】取付台座２２に軸受２３を介して割出回転軸２４を支持する。この割出回転軸２４の先端部にヘッドケース２５を直列に連結する。このヘッドケース２５の先端部に割出回転軸２４の中心軸線Ｏ１と直交する第１直交軸線Ｏ２の回りで回転する工具２６を装着する工具回転軸２７を設ける。ヘッドケース２５の外側に主軸モータ２９を取り付け、その駆動軸３０と前記工具回転軸２７との間に動力伝達機構３１を介装する。この動力伝達機構３１を第１〜第６平歯車３５，４０〜４４によって構成する。動力伝達機構３１の平歯車の歯面圧が強くなり工具回転軸２７の高速回転が可能となり、ワークの加工作業の能率を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械に用いられる主軸ヘッドに関する。

工作機械によりワークに形成された加工穴の内周面を仕上げ加工する際には、例えば特許文献１に示すようなマシニングセンタ用主軸ヘッド（アンギュラーアタッチメント）が用いられる。この主軸ヘッドは、マシニングセンタの主軸頭に装着されるケーシングに主軸の延長線上に位置する動力軸と、この動力軸と交差する工具回転軸と、動力軸を工具回転軸に連結する傘歯車式の動力伝達機構とを内装している。又、前記ケーシングを、主軸頭に回り止め固定した固定ケーシングと、工具回転軸を支持する回転ケーシングとにより構成している。そして、回転ケーシングを割出装置により割り出し回転することにより工具回転軸を旋回運動させながら、工具回転軸を前記動力軸により回転させて、ワークの加工穴の内周面を加工するようにしている。
特開平６−５５３９５号公報

ところが、従来の主軸ヘッドは、主軸の延長線上に位置する動力軸の軸線に対し工具回転軸の軸線が直交する構造であるため、動力軸の回転運動を工具回転軸に伝達する動力伝達機構として傘歯車機構を採用せざるを得ない。このため、傘歯車の歯面圧が弱く、工具回転軸の高速回転ができず、ワークの加工作業の能率を向上することができないという問題があった。

又、従来の主軸ヘッドは、ワークの加工穴が深い場合には、ケーシング及び動力軸を長くする必要があり、この場合には、動力軸の歪等により工具回転軸の回転剛性を確保することが難しく、ワークの加工精度を向上することが難しいという問題もあった。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消して、工具回転軸の高速回転を行うことができ、ワークの加工作業の能率を向上するとともに、工具回転軸の回転剛性を確保し、ワークの加工精度を向上することができる主軸ヘッドを提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、工作機械の割出装置の割出回転軸に装着される主軸ヘッドであって、該主軸ヘッドを構成するヘッドケースの先端部に対し工具を装着する工具回転軸を前記割出回転軸の中心軸線と直交する第１直交軸線の回りで回転可能に支持し、前記ヘッドケースの基端部に前記第１直交軸線と平行な第２直交軸線の回りで回転される駆動軸を有する主軸モータを装着し、前記駆動軸と工具回転軸との間に動力伝達機構を介在したことを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記割出装置と、ヘッドケースとの間には往復割り出し回転される前記主軸モータに給電するケーブルを支持するケーブル支持装置が装着されていることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記ケーブル支持装置は、前記割出装置に取り付けられたケーブル連結具と、前記ヘッドケースに取付板を介して取り付けられ、かつ前記ケーブルの先端部を保持する外側回転ドラムと、前記ヘッドケースに取り付けられ、かつ前記ケーブルの中間部を巻き付け可能な内側回転ドラムとにより構成されていることを要旨とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項において、前記割出回転軸及び前記ヘッドケースには、クーラントを前記工具回転軸と対応する位置に導くクーラント供給経路と、エアを供給するエア供給経路とが形成され、両経路の基端部は、前記割出回転軸の基端部に設けた回転継手によりクーラント供給源とエア供給源に接続可能に構成されていることを要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項において、前記動力伝達機構は、平歯車動力伝達機構、斜歯歯車動力伝達機構、山歯歯車動力伝達機構、ベルト動力伝達機構及びチェーン動力伝達機構のなかから一種類選択されたものであることを要旨とする。

請求項１〜５のいずれか一項に記載の発明によれば、ヘッドケースに対し主軸モータの駆動軸と工具回転軸が平行に装着されているので、駆動軸の動力を工具回転軸に伝達する動力伝達機構として、傘歯歯車機構以外の例えば平歯車動力伝達機構、斜歯歯車動力伝達機構、山歯歯車動力伝達機構、ベルト動力伝達機構及びチェーン動力伝達機構のなかから一種類選択することができる。このため、工具回転軸の高速回転を行うことができ、ワークの加工作業の能率を向上するとともに、工具回転軸の回転剛性を確保し、ワークの加工精度を向上することができる。

請求項２に記載の発明は、ケーブル支持装置によって往復割り出し回転される前記主軸モータに給電するケーブルを安定して支持することができる。
請求項３に記載の発明は、前記外側回転ドラムと内側回転ドラムとの間にケーブルを安定して保持することができる。

請求項４に記載の発明は、前記クーラント供給経路又はエア供給経路によってワークにクーラント又はエアが供給され、ワークの冷却と加工後の工具及びワークの清掃を行うことができる。

以下、本発明を具体化した主軸ヘッドの一実施形態を図面にしたがって説明する。
図４に示すように、ベッド１１の上面には、Ｚ軸案内駆動機構１２を介してＺ軸サドル１３がＺ軸（図４の左右）方向の往復動可能に装着されている。該Ｚ軸サドル１３の上面にはＸ軸案内駆動機構１４を介してＸ軸サドル１５がＸ軸（図４の紙面直交）方向の往復動可能に装着されている。前記Ｘ軸サドル１５の前面にはＹ軸案内駆動機構１６を介して主軸ヘッド２１がＹ軸（図４の上下）方向の往復動可能に、かつ取り外し可能に装着されている。

以下、図１〜図３に基づいて、前記主軸ヘッド２１について説明する。
前記Ｘ軸サドル１５に対しＹ軸方向の移動可能に取り付けられる取付台座２２（Ｙ軸サドルとしても機能する）には、水平方向の支持孔２２ａが貫通形成され、該支持孔２２ａには、アンギュラ軸受２３を介して割出回転軸２４が回転可能に支持されている。該割出回転軸２４の先端面には、横長筒状のヘッドケース２５の基端部外周に一体形成されたフランジ部２５ａがボルト（図示略）によって直列に連結されている。前記ヘッドケース２５の先端部には、工具２６を装着する工具回転軸２７が軸受２８を介して所定位置において回転可能に支持されている。この工具回転軸２７は前記割出回転軸２４の中心軸線Ｏ１と直交する第１直交軸線Ｏ２の回りで回転可能に支持されている。

前記ヘッドケース２５の基端寄り外周部には、モータ取付台座２５ｂが一体に形成され、該モータ取付台座２５ｂには、駆動軸３０を有する主軸モータ２９が装着されている。前記駆動軸３０は、前記割出回転軸２４の中心軸線Ｏ１と直交し、かつ前記第１直交軸線Ｏ２と平行な第２直交軸線Ｏ３の回りで回転されるようになっている。前記駆動軸３０と工具回転軸２７との間には複数個（この実施形態では６個）の平歯車よりなる動力伝達機構３１が介在されている。この動力伝達機構３１について説明すると、前記駆動軸３０にはカップリング３２を介して第１歯車軸３４が直列に連結され、該第１歯車軸３４はヘッドケース２５に軸受３３を介して所定位置において回転可能に支持され、その外周に第１平歯車３５が嵌合固定されている。又、ヘッドケース２５には軸受３３を介して第２〜第５歯車軸３６〜３９が所定位置において回転可能に支持され、各歯車軸３６〜３９には第２〜第５平歯車４０〜４３が嵌合固定されている。前記第５平歯車４３は、前記工具回転軸２７の外周面に嵌合固定した第６平歯車４４に噛み合わされている。前記各平歯車３５、４０〜４４の回転軸線は、前記第１直交軸線Ｏ２及び第２直交軸線Ｏ３と平行に設定されている。

前記取付台座２２及び割出回転軸２４の基端部（図１の右端部）には、前記割出回転軸２４、ヘッドケース２５及び工具回転軸２７等を割出回転するための割出装置５１が装着されている。この割出装置５１は前記取付台座２２の後端部にモータ取付台座５２を介して連結した割出モータ５３と、該割出モータ５３の回転軸５４を前記割出回転軸２４の後端部に連結するためのカップリング５５とにより構成されている。

前記取付台座２２と、ヘッドケース２５のフランジ部２５ａとの間には、１８０度の範囲で往復割り出し回転される前記主軸モータ２９に給電するケーブル６１を支持するためのケーブル支持装置６２が装着されている。このケーブル支持装置６２は、図１及び図３に示すように前記取付台座２２に取り付けられたケーブル係止具６３と、前記フランジ部２５ａに取り付けられたドーナッツ円板状の取付板６４と、この取付板６４の外周部に取り付けられた外側回転ドラム６５と、該外側回転ドラム６５の内周面に対し主軸モータ２９に接続された前記ケーブル６１を係止する係止具６６と、前記フランジ部２５ａに取り付けられ、かつ前記ケーブル６１の中間部を巻き付け可能な内側回転ドラム６７とにより構成されている。図３に示すように前記ケーブル６１は、外側回転ドラム６５と内側回転ドラム６７との間の空間に主軸モータ２９の割り出し回転を許容するように余裕をもって収容されている。

前記割出回転軸２４及びヘッドケース２５には、クーラントを前記工具回転軸２７に保持された工具２６と対応する位置に設けたノズル７１ａに供給するクーラント供給経路７１と、ワークＷや工具２６に付着した切屑を清掃するためのエアをノズル７２ａに供給するエア供給経路７２が形成されている。両経路７１，７２の基端部は、取付台座２２の基端部と割出回転軸２４との間に設けた回転継手７３により図示しないクーラント供給源とエア供給源にそれぞれ接続可能になっている。

次に、前記のように構成した主軸ヘッド２１を有する工作機械の動作について説明する。
図４において、ベッド１１の前側に装着した図示しないワーク支持機構によりワークＷを所定位置に保持する。この状態で図示しない制御装置に予め記憶された加工プログラムデータに基づいて、前記Ｚ軸案内駆動機構１２、Ｘ軸案内駆動機構１４及びＹ軸案内駆動機構１６を作動して、主軸ヘッド２１をＸ，Ｙ，Ｚ軸の３軸方向に数値制御移動する。又、主軸モータ２９を作動して、駆動軸３０を回転し、動力伝達機構３１を介して工具２６を回転するとともに、前記割出モータ５３を作動して、前記工具２６を割出回転軸２４の中心軸線Ｏ１を中心に時計回り方向に１８０度、反時計回り方向に１８０度だけそれぞれ割り出し回転する。この動作によりワークＷの加工穴の仕上げ加工が行われる。

前記ヘッドケース２５及び主軸モータ２９が割り出し回転されると、図３に示すケーブル支持装置６２の外側回転ドラム６５及び内側回転ドラム６７が回転され、両ドラム６５，６７の間に余裕をもって配設されているケーブル６１が主軸モータ２９の旋回に追従して変位される。

上記実施形態の主軸ヘッドによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ヘッドケース２５に主軸モータ２９を装着し、ヘッドケース２５の先端部に装着された工具回転軸２７の第１直交軸線Ｏ２と、前記駆動軸３０の第２直交軸線Ｏ３とを平行にした。このため、前記駆動軸３０と工具回転軸２７の間に平歯車よりなる動力伝達機構３１を設けることができ、駆動軸３０の回転運動を傘歯車機構と比較して歯面圧の強い動力伝達機構３１によって工具回転軸２７に伝達することができ、工具２６の高速回転を行うことができ、ワークの加工作業の能率を向上することができる。

（２）上記実施形態では、平歯車よりなる動力伝達機構３１を設けたので、ヘッドケース２５の長さが長くなっても傘歯車機構と比較して工具回転軸２７の回転剛性を確保することができ、ワークの加工精度を向上することができる。

（３）上記実施形態では、前記取付台座２２とヘッドケース２５の間に、ケーブル支持装置６２を装着したので、主軸モータ２９の割り出し回転の際に、該主軸モータ２９に給電するケーブル６１を安定して保持することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○前記動力伝達機構３１の平歯車の個数を２個、３個、４個、５個、７個又は８個以上にしてもよい。

○前記ケーブル支持装置６２を省略してもよい。この場合には、ケーブル６１を割出回転軸２４に形成した挿通孔（図示略）に挿通して、前記回転継手７３に類似の導電ブラシを用いた回転接続継手を使用することが考えられる。

○前記ケーブル支持装置６２に代えて、取付台座２２とヘッドケース２５の間に回転接続継手を設けて主軸モータ２９に給電するようにしてもよい。
○前記主軸モータ２９の駆動軸３０に対し第１歯車軸３４を一体に形成してもよい。この場合には部品点数を低減し、製造を容易に行い、コストを低減することができる。

○動力伝達機構として、平歯車動力伝達機構以外に、斜歯歯車動力伝達機構、山歯歯車動力伝達機構、タイミングベルトあるいはＶベルト等のベルト動力伝達機構及びチェーン動力伝達機構のなかから一種類選択されたものを用いてもよい。これらの場合にも傘歯車機構と比較して工具２６の高速回転を行うことができ、ワークの加工作業の能率を向上することができる。又、ヘッドケース２５の長さが長くなっても工具回転軸２７の回転剛性を確保することができ、ワークの加工精度を向上することができる。
（技術的思想）
前述した実施形態から把握される請求項以外の技術的思想について以下に説明する。

（１）請求項１〜４のいずれか一項において、前記平歯車動力伝達機構は、２〜８個の平歯車によって構成されていることを特徴とする主軸ヘッド。
（２）請求項１〜４のいずれか一項に記載の主軸ヘッドを備えたことを特徴とする工作機械。

この発明の主軸ヘッドを具体化した一実施形態を示す縦断面図。ヘッドケースの拡大平断面図。図１の１−１線断面図。工作機械の加工機本体を示す側面図。

符号の説明

Ｏ１…中心軸線、Ｏ２…第１直交軸線、Ｏ３…第２直交軸線、２４…割出回転軸、２５…ヘッドケース、２６…工具、２７…工具回転軸、２９…主軸モータ、３０…駆動軸、３１…動力伝達機構、３５，４０〜４４…平歯車、５１…割出装置、６１…ケーブル、６２…ケーブル支持装置、６４…取付板、６５…外側回転ドラム、６７…内側回転ドラム、７１…クーラント供給経路、７２…エア供給経路、７３…回転継手。

Claims

工作機械の割出装置の割出回転軸に装着される主軸ヘッドであって、該主軸ヘッドを構成するヘッドケースの先端部に対し工具を装着する工具回転軸を前記割出回転軸の中心軸線と直交する第１直交軸線の回りで回転可能に支持し、前記ヘッドケースの基端部に前記第１直交軸線と平行な第２直交軸線の回りで回転される駆動軸を有する主軸モータを装着し、前記駆動軸と工具回転軸との間に動力伝達機構を介在したことを特徴とする主軸ヘッド。
請求項１において、前記割出装置と、ヘッドケースとの間には往復割り出し回転される前記主軸モータに給電するケーブルを支持するケーブル支持装置が装着されていることを特徴とする主軸ヘッド。
請求項２において、前記ケーブル支持装置は、前記割出装置に取り付けられたケーブル連結具と、前記ヘッドケースに取付板を介して取り付けられ、かつ前記ケーブルの先端部を保持する外側回転ドラムと、前記ヘッドケースに取り付けられ、かつ前記ケーブルの中間部を巻き付け可能な内側回転ドラムとにより構成されていることを特徴とする主軸ヘッド。
請求項１〜３のいずれか一項において、前記割出回転軸及び前記ヘッドケースには、クーラントを前記工具回転軸と対応する位置に導くクーラント供給経路と、エアを供給するエア供給経路とが形成され、両経路の基端部は、前記割出回転軸の基端部に設けた回転継手によりクーラント供給源とエア供給源に接続可能に構成されていることを特徴とする主軸ヘッド。
請求項１〜４のいずれか一項において、前記動力伝達機構は、平歯車動力伝達機構、斜歯歯車動力伝達機構、山歯歯車動力伝達機構、ベルト動力伝達機構及びチェーン動力伝達機構のなかから一種類選択されたものであることを特徴とする主軸ヘッド。