JP2007168023A - 切削加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造にして、組み立て作業を容易にするとともに、騒音、振動が低減でき、非常停止又は停電等の場合の復元を容易にすることができる切削加工装置を提供することができる。
【解決手段】切削加工装置１０の主軸１２に、回転工具ホルダ１３を装着して、切削加工を行う場合には、シリンダ機構１７によって連結軸１４を後側に移動させる。支持機構２０により連結軸１４をブッシュ１９を介して支持する。そして、主軸用モータ１５により主軸１２を高速回転すると、工具１３ａにより被加工物のフライス加工等を行うことができる。連結軸１４は、主軸１２と連結されておらず、主軸１２に接触もしていない。連結軸１４を支持機構２０によりブッシュ１９を介して支持するとともに、後端を軸受２４により支持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばマシニングセンタのように、ボーリングバイト、ドリル、エンドミルなどの工具を有する回転工具ホルダを、先端に保持して回転する主軸を備えた切削加工装置に関し、特に、回転中心軸線(主軸軸線)に直交する方向すなわち径方向に工具を切込み送り可能な構成の旋削工具ホルダを使用可能な切削加工装置に関する。

従来から、通常のボーリングバイト、ドリル等の工具を有する回転工具ホルダに加えて、主軸の回転中においても、バイト等の工具を主軸軸線に直交する径方向に切込み送り可能な構成の旋削工具ホルダ(切込み送り兼回転工具ホルダ)も使用できる特許文献１のような切削加工装置が知られている。

この切込み送り兼回転工具ホルダは、バイト等の工具を切込み送りするために回転駆動する切込み送り用駆動軸を有する。切削加工装置の主軸内の長手方向には、この切込み送り用駆動軸と連結して切込み送り用駆動軸を回転させるための連結軸が設けられている。なお、切込み送り用駆動軸と連結軸との連結は解除可能となっている。また、連結軸の後端は、軸受によって軸支されている。

連結軸は主軸の長手方向の前後にシリンダ機構によって移動可能になっている。また、この切削加工装置には、切込み送り用駆動軸を駆動するための切込み送り駆動用サーボモータが、ギヤを介して連結軸に連結可能に設けられている。そして、連結軸と主軸とは連結機構により連結可能になっている。
特開平１５−３２６４０５号公報

上述した切削加工装置において、切込み送り兼回転工具ホルダを装着して旋削加工等を行う場合には、シリンダ機構により連結軸を前進させて、連結軸と切込み送り用駆動軸とを連結する。切込み送り駆動用サーボモータはギヤを介して連結軸に連結させる。連結軸と主軸との連結は解除する。

主軸は主軸用モータにより回転駆動され、切込み送り用駆動軸は切込み送り駆動用サーボモータにより連結軸を介して主軸とは異なる速度で回転駆動される。これにより、切削加工装置において、バイト等の工具を切込み送りしながら旋削加工等を行うことができる。

一方、上述した切削加工装置において、通常の回転工具ホルダを装着してフライス加工、穴あけ加工等を行う場合には、シリンダ機構により連結軸を後退させて、切込み送り駆動用サーボモータと連結軸との連結を解除して切り離す。そして、連結軸と主軸とを連結機構により連結する。

主軸は主軸用モータにより回転駆動され、主軸に連結された連結軸は主軸と一緒に回転する。これにより、切削加工装置において、フライス、穴あけ加工等を行うことができる。

しかしながら、この切削加工装置では、主軸と連結軸とを連結機構により連結して一緒に高速回転させるために、比較的大きな騒音、振動等が生じたりする場合があった。

また、この切削加工装置は、主軸と連結軸との連結機構を備えているために、構造が複雑化して、装置の組み立て作業が難しくなるとともに、連結機構における位相調整等も必要となり、非常停止又は停電等の場合、復元が困難であった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、回転工具ホルダを装着した場合の主軸の回転に伴う振動、騒音を低減することができる切削加工装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、単純な構造にして、組み立て作業を容易にするとともに、非常停止又は停電等の場合の復元を容易にすることができる切削加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の切削加工装置は、
回転工具ホルダ、または、切込み送り用駆動軸を有し、前記切込み送り用駆動軸を回転させることにより回転中心軸線に直交する方向に工具を切込み送りすることが可能な切込み送り兼回転工具ホルダを着脱自在に保持する回転可能な主軸と、
前記主軸の中空部分に前記主軸と接触しないように一部が同心状に挿入され、前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、回転せず、前記切込み送り兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記切込み送り用駆動軸と解除可能に連結され回転可能な連結体と、
前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を前記回転工具ホルダ側とは逆側に移動させ、前記切込み兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を前記切込み兼回転工具ホルダ側に移動させ前記切込み送り用駆動軸と連結させて回転可能にする連結体移動装置と、
前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を回転しない状態で支持し、前記切込み兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を回転可能に支持する軸受とを備えたことを特徴とする。

また、前記切込み送り用駆動軸を前記連結体を介して回転駆動する切込み送り駆動用サーボモータと、
前記駆動用サーボモータの回転軸に設けられた駆動ギヤと、前記駆動ギヤと噛合関係にある、前記連結体に設けられた連結体用ギヤとを有するギヤ機構とを備え、
前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合にも、前記駆動ギヤと前記連結体用ギヤとの噛合関係が維持されるようにしてもよい。

また、前記連結体移動装置により前記連結体は前記主軸とは独立して移動可能である。

また、前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記主軸は前記連結体とは独立して回転可能である。

また、前記連結体は、前記軸受よりも前記回転工具ホルダ側または前記切込み送り兼回転工具ホルダ側に配置されるとともに、前記回転工具ホルダまたは前記切込み送り兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を支持するブッシュを備えるようにしてもよい。

また、前記ブッシュは、複数であるようにしてもよい。

また、ピストンと、前記ピストンを前記連結軸の軸方向に移動させるシリンダとを有し、前記ピストン内に配置された前記ブッシュで前記連結軸を支持する支持装置を備えるようにしてもよい。

本発明によれば、回転工具ホルダを装着した場合の主軸の回転に伴う振動、騒音を低減することができる切削加工装置を提供することができる。

また、本発明によれば、単純な構造にして、組み立て作業を容易にするとともに、非常停止又は停電等の場合の復元を容易にすることができる切削加工装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る切削加工装置について、以下図面を参照して説明する。なお、図１は、通常の回転工具ホルダを装着した切削加工装置を表しており、図２は、切込み送り兼回転工具ホルダを装着した切削加工装置を表している。本発明の実施の形態に係る切削加工装置は、マシニングセンタ等の数値制御工作機械である。

切削加工装置１０は、図１及び図２に示すように、装置本体１１と、装置本体１１内に回転自在に保持された主軸１２と、主軸１２の先端に着脱自在に取り付けられる回転工具ホルダ１３(図１)又は切込み送り兼回転工具ホルダ２３(図２)と、切込み送り兼回転工具ホルダ２３の切込み送り用駆動軸２３ａと解除可能に連結される連結体である連結軸１４と、主軸１２を回転駆動する主軸用モータ１５と、切込み送り用駆動軸２３ａを連結軸１４を介して回転駆動する切込み送り駆動用サーボモータ１６とを備える。

主軸１２は、回転駆動されることにより回転工具ホルダ１３又は切込み送り兼回転工具ホルダ２３を回転させるためのものである。中空状の円筒部材からなり、先端には回転工具ホルダ１３又は切込み送り兼回転工具ホルダ２３を装着するためのテーパ状の受け面１２ａが形成されている。また、主軸１２の中空部分には、回転工具ホルダ１３又は切込み送り兼回転工具ホルダ２３を主軸１２に固定するためのチャック機構１２ｂが設けられている。なお、主軸１２は、複数の軸受２１により回転可能に支持されている。

回転工具ホルダ１３は、フライス加工、穴あけ加工等を行うための回転工具ホルダである。回転工具ホルダ１３は、ボーリングバイト、ドリル、エンドミル等の工具１３ａと、工具１３ａを保持するとともに、主軸１２のテーパ状の受け面１２ａに嵌合するようにテーパ状の外周面を有する回転工具保持体１３ｂとを有する。

切込み送り兼回転工具ホルダ２３は、旋削加工等を行うための旋削工具ホルダであり、回転中心軸線(主軸軸線)に直交する方向すなわち径方向(図２における矢印方向)に工具を切込み送り可能な旋削工具ホルダである。切込み送り兼回転工具ホルダ２３は、バイト等の工具２３ｂと、工具２３ｂを保持するとともに、主軸１２のテーパ状の受け面１２ａに嵌合するようにテーパ状の外周面を有する切込み送り兼回転工具保持体２３ｃと、切込み送り兼回転工具保持体２３ｃの中心軸方向に回転自在に配置された切込み送り用駆動軸２３ａと、切込み送り兼回転工具保持体２３ｃの中心軸に対して直交する方向に配置されるとともに、ギア列２３ｄによって切込み送り用駆動軸２３ａの回転が伝達されるねじ軸２３ｅと、工具２３ｂが固定されるとともに、ねじ軸２３ｅに噛合することにより回転中心軸線に直交する方向に移動可能な移動体２３ｆとを有する。切込み送り用駆動軸２３ａの回転が、ギア列２３ｄ、ねじ軸２３ｅ、移動体２３ｆを介して、工具２３ｂの回転中心軸線に直交する方向の移動に変換される。

連結軸１４は、切込み送り駆動用サーボモータ１６の回転駆動を切込み送り用駆動軸２３ａに伝達するものである。連結軸１４の先端には、溝１４ａが形成されている。切込み送り用駆動軸２３ａの後端は、連結軸１４の溝１４ａに嵌合するように、突起２３１ａとして形成されている。連結軸１４の溝１４ａと切込み送り用駆動軸２３ａの突起２３１ａとは、嵌合されることにより連結され、嵌合をはずされることにより連結が解除される。

連結軸１４の前側(回転工具ホルダ１３等側)部分は、主軸１２の中空部分に、回転中心軸が同心軸となるように同心状に配置されるが、連結軸１４は、主軸１２(主軸１２の中空部分に配置され、主軸１２ととともに回転する部品を含む。)とは、接触しないように配置されている。

また、連結軸１４の後端には、軸受２４が取り付けられている。軸受２４は、連結軸１４の後端を回転自在に支持している。また、連結軸１４の後端には、軸受２４を介して筒体２５が固定されている。筒体２５は、装置本体１１に固定されたガイドスリーブ２６に対して軸方向に移動可能に構成されている。

なお、主軸用モータ１５及び切込み送り駆動用サーボモータ１６は、それぞれ数値制御装置(図示せず)に連結され、所定の速度比での回転、または、同期回転するように制御される。

また、切削加工装置１０は、図１及び図２に示すように、連結軸１４を主軸１２の長手方向の前後に移動させる連結体移動装置であるシリンダ機構１７と、切込み送り駆動用サーボモータ１６の回転を連結軸１４に断続可能な形態で駆動連結するギヤ機構１８と、連結軸１４を２個のブッシュ１９を介して支持可能な支持機構２０とを備える。

シリンダ機構１７は、エアシリンダ等により構成される。シリンダ機構１７は、連結軸１４の後端に固定された筒体２５に連結して設けられている。シリンダ機構１７は、切削加工装置１０に切込み送り兼回転工具ホルダ２３が装着された場合には、連結軸１４を前側に移動させることにより、連結軸１４の溝１４ａと切込み送り用駆動軸２３ａの突起２３１ａとを嵌合して連結する。連結軸１４を後側に移動させれば、連結軸１４の溝１４ａと切込み送り用駆動軸２３ａの突起２３１ａとの連結は解除される。すなわち、連結軸１４は、シリンダ機構１７により、主軸１２に拘束されることなく独立して移動させることができる。

ギヤ機構１８は、連結軸１４の後端に固定されたギヤ軸１８ａに形成された第一ギヤ１８ｂと、切込み送り駆動用サーボモータ１６の回転軸１６ａに固定された駆動ギヤ１８ｃと、連結軸１４に並行して設けられたギヤ用軸２２に取り付けられるとともに、第一ギヤ１８ｂ及び駆動ギヤ１８ｃと噛合する第二ギヤ１８ｄとを備えている。

連結軸１４がシリンダ機構１７により軸方向の前後に移動しても、ギヤ軸１８ａに形成された第一ギヤ１８ｂと第二ギヤ１８ｄとの噛み合いが外れることはないように構成されている。

支持機構２０は、ピストン２０ａとシリンダ２０ｃとを備えている。ピストン２０ａは、シリンダ２０ｃにより連結軸１４の軸方向に移動可能になっている。ピストン２０ａが連結軸１４の軸方向前後に移動することにより、回転工具ホルダ１３又は切込み送り兼回転工具ホルダ２３をチャック機構１２ｂによりクランプ又はアンクランプさせる。なお、２つのブッシュ１９は、筒状の軸受であり、連結軸１４の軸受２４よりも前側に所定の間隔をあけて嵌合され固定されている。これらの２つのブッシュ１９で連結軸１４を支持する。

次に、このような切削加工装置１０により被加工物の切削加工を行う方法について説明する。

切削加工装置１０の主軸１２に、ボーリングバイト、ドリル、エンドミル等の工具１３ａを備えた通常の回転工具ホルダ１３を装着して、被加工物のフライス加工、穴あけ加工等を行う場合には、図１に示すように、シリンダ機構１７によって連結軸１４を後側に移動させる。また、切込み送り駆動用サーボモータ１６の回転軸１６ａが回転しないようにロックする。なお、この状態においても、連結軸１４のギヤ軸１８ａに形成された第一ギヤ１８ｂと第二ギヤ１８ｄとの噛み合いが外れることはない。

そして、主軸用モータ１５により主軸１２を高速回転すると、ボーリングバイト、ドリル、エンドミル等の工具１３ａにより被加工物のフライス加工等を行うことができる。

連結軸１４は、主軸１２と連結されておらず、主軸１２と接触もしておらず、また、ロックされた切込み送り駆動用サーボモータ１６の回転軸１６ａとギア機構１８を介して連結されているために、静止している。また、連結軸１４は、支持機構２０によりブッシュ１９を介して支持されているとともに、後端が軸受２４により支持されている。

一方、切削加工装置１０の主軸１２に、バイト等の工具２３ｂを備えた切込み送り兼回転工具ホルダ２３を装着して、被加工物の旋削加工等を行う場合には、図２(ｂ)に示す状態から図２(ａ)に示すように、シリンダ機構１７によって連結軸１４を前側に移動させて、連結軸１４の溝１４ａと切込み送り用駆動軸２３ａの突起２３１ａとを嵌合させることにより、連結軸１４と切込み送り用駆動軸２３ａとを連結して、かつ、連結軸１４のギヤ軸１８ａに形成された第一ギヤ１８ｂと第二ギヤ１８ｄとを一部ではなくほぼ全体を噛み合わせるようにする。

そして、主軸１２を主軸用モータ１５により回転駆動して、切込み送り用駆動軸２３ａを切込み送り駆動用サーボモータ１６により連結軸１４を介して主軸１２の回転速度を増減した速度で回転駆動すると、バイト等の工具２３ｂを切込み送りしながら被加工物の旋削加工等を行うことができる。また、切込み送りをせずに切削加工したい場合には、主軸用モータ１５と切込み送り駆動用サーボモータ１６とを同期回転させて、同じ方向に同じ回転速度で回転させればよい。

このように本実施の形態の切削加工装置では、通常の回転工具ホルダ１３を装着して、被加工物のフライス加工等を行う場合には、主軸１２が高速回転しても、連結軸１４は回転しないようにしたので、騒音、振動等を低減することができる。

また、連結軸１４の後端を支持する軸受２４は、通常の回転工具ホルダ１３が回転する場合には、連結軸１４が回転しないようにしたので、連結軸１４が回転することにより生じる摩耗を低減することができ、部品としての寿命を長くすることができる。

また、主軸１２と連結軸１４とを連結して一緒に回転させることがないようにしたので、回転慣性モーメントが小さくなり、主軸用モータ１５のトルクを小さくすることができる。

また、主軸１２と連結軸１４とを連結する連結機構を備える必要がないようにしたので、構造を単純化でき、切削加工装置の組み立て作業が容易になるとともに、コストを低減できる。また、連結機構での位相調整が必要なくなるので、非常停止又は停電等の場合に、復元を容易にできる。

また、通常の回転工具ホルダ１３を装着した場合でも、連結軸１４のギヤ軸１８ａに形成された第一ギヤ１８ｂと第二ギヤ１８ｄとの噛み合いが外れることがない(噛合関係が維持される)ようにしたので、第一ギヤ１８ｂと第二ギヤ１８ｄとの位相調整が必要なくなり、この観点からも非常停止又は停電等の場合に、復元を容易にできる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、支持機構２０によりブッシュ１９を介して連結軸１４を支持するようにしたが、連結軸１４の長さが短い場合等、連結軸１４の後端を支持する軸受２４のみで連結軸１４の支持が可能な場合には、ブッシュ１９は必ずしも必要ない。

また、上記実施の形態では、２つのブッシュ１９を介して連結軸１４を支持するようにしたが、ブッシュ１９の数は１つであっても、３つ以上であってもよい。

また、上記実施の形態で説明したブッシュ１９の代わりに軸受を用いるようにしてもよい。

また、上記実施の形態では、ブッシュ１９はピストン２０ａ内に配置される例について説明したが、必ずしもピストン２０ａ内に配置される必要はない。

本発明の実施の形態に係る回転工具ホルダを装着した切削加工装置の概略構成を表す断面図である。 本発明の実施の形態に係る切込み兼回転工具ホルダを装着した切削加工装置の概略構成を表す断面図であり、(ａ)は切削加工を行う場合の本装置の断面図であり、(ｂ)は切削加工を行う前の本装置の状態を表す断面図である。

符号の説明

１０ 切削加工装置
１１ 装置本体
１２ 主軸
１３ 回転工具ホルダ
１３ａ 工具
１４ 連結軸
１５ 主軸用モータ
１６ 駆動用サーボモータ
１７ シリンダ機構
１８ ギア機構
１９ ブッシュ
２０ 支持機構
２０ａ ピストン
２３ 切込み兼回転工具ホルダ
２３ａ 切込み送り用駆動軸
２３ｂ 工具
２４ 軸受

Claims (7)

1. 回転工具ホルダ、または、切込み送り用駆動軸を有し、前記切込み送り用駆動軸を回転させることにより回転中心軸線に直交する方向に工具を切込み送りすることが可能な切込み送り兼回転工具ホルダを着脱自在に保持する回転可能な主軸と、
   前記主軸の中空部分に前記主軸と接触しないように一部が同心状に挿入され、前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、回転せず、前記切込み送り兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記切込み送り用駆動軸と解除可能に連結され回転可能な連結体と、
   前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を前記回転工具ホルダ側とは逆側に移動させ、前記切込み兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を前記切込み兼回転工具ホルダ側に移動させ前記切込み送り用駆動軸と連結させて回転可能にする連結体移動装置と、
   前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を回転しない状態で支持し、前記切込み兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を回転可能に支持する軸受とを備えたことを特徴とする切削加工装置。
2. 前記切込み送り用駆動軸を前記連結体を介して回転駆動する切込み送り駆動用サーボモータと、
   前記駆動用サーボモータの回転軸に設けられた駆動ギヤと、前記駆動ギヤと噛合関係にある、前記連結体に設けられた連結体用ギヤとを有するギヤ機構とを備え、
   前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合にも、前記駆動ギヤと前記連結体用ギヤとの噛合関係が維持されることを特徴とする請求項１に記載の切削加工装置。
3. 前記連結体移動装置により前記連結体は前記主軸とは独立して移動可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の切削加工装置。
4. 前記回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記主軸は前記連結体とは独立して回転可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の切削加工装置。
5. 前記連結体は、前記軸受よりも前記回転工具ホルダ側または前記切込み送り兼回転工具ホルダ側に配置されるとともに、前記回転工具ホルダまたは前記切込み送り兼回転工具ホルダを前記主軸に装着する場合には、前記連結体を支持するブッシュを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の切削加工装置。
6. 前記ブッシュは、複数であることを特徴とする請求項５に記載の切削加工装置。
7. ピストンと、前記ピストンを前記連結軸の軸方向に移動させるシリンダとを有し、前記ピストン内に配置された前記ブッシュで前記連結軸を支持する支持装置を備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の切削加工装置。

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