JP2007196366A - 刃物台ユニット、刃物台切込装置および自動旋盤 - Google Patents

刃物台ユニット、刃物台切込装置および自動旋盤 Download PDF

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Abstract

【課題】各刃物にモータを備えるNC旋盤と比較して、モータ数を削減し、また、干渉回避のための複雑な制御を不要としてコストを低減する。
【解決手段】主軸中心線Aに交差し、かつ、互いに交差する2つの軸線B,Cに沿ってそれぞれ移動可能に支持されるとともに、それぞれ刃物3A,3Bを搭載する一対のスライダ4A,4Bと、これらスライダ4A,4Bを軸線B,Cに沿って移動させる移動機構5とを備え、該移動機構5が、一対のスライダ4A,4Bにそれぞれ接続された2つのスライダ部10A,10Bと、該スライダ部10A,10Bを推進するボールネジ11と、該ボールネジ11を回転させるサーボモータ12とを備え、ボールネジ11が、一方向の回転により2つのスライダ部10A,10Bを逆方向に推進する逆リード部11a,11bを有する刃物台ユニット2を提供する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、刃物台ユニット、刃物台切込装置および自動旋盤に関するものである。
従来、刃物台切込装置としては、被加工物中心から放射状に配列した複数の刃物を有する自動旋盤が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
この特許文献1に開示されている自動旋盤は、加工物の周囲に放射状に配列した複数の刃物をモータ駆動されるカムにより、それぞれ、所定のタイミングで加工物中心に向けて、進退させるものである。このようなカムを用いた自動旋盤によれば、制御するモータの数を少なくすることができ、複雑な制御が不要であるためコストを低く抑えることができる。また、一の刃物で加工物を加工中に、他の刃物を加工物に近接する待機位置に移動させておくことができる。この場合に、複数の刃物の動作がカムにより機械的に同期させられるので、刃物どうしを干渉させることなく、非常に近接させることができ、刃物の切替時における非切削時間を削減して効率的な加工を行うことができる。このような理由から、近年においても、カム式の自動旋盤が多く採用されている。
しかしながら、カム式の自動旋盤は、同一の製品を連続して多数加工する場合には適しているが、異なる製品を加工する場合や加工条件を変更する場合等には、カムを交換する必要があり、汎用性に欠けるという欠点がある。
もちろん、汎用性だけの観点から考えると、各刃物を独立して駆動可能なNC旋盤が有利であるが、上述した高コスト化の問題に加え、刃物どうしの位置関係を機械的に制限することができないので、刃物どうしの干渉を防止する複雑な制御等が必要となるという不都合がある。
これらの問題を解決するために、2つのモータで2軸方向に制御されるテーブルに、相対的に固定された複数の刃物を搭載して、選択された刃物を加工物に近接させて加工する櫛歯型刃物台が知られている(例えば、特許文献2参照。)。
この櫛歯型刃物台によれば、複数の刃物に対してモータが2つで済み、全ての刃物に1つずつモータを備える場合と比較すると低コストであるという利点がある。また、刃物どうしは相対的に固定されているので、刃物どうしの干渉を考慮する必要がないという利点もある。
特開昭52−19388号公報 特開平5−237705号公報
しかしながら、特許文献2の櫛歯型刃物台では、全ての刃物がテーブルによって同一のパターンで動作させられるので、1つの刃物による被加工物の加工中に、他の刃物を近接させた状態に待機させておくことができず、その結果、非加工時間が増加して加工効率が低下するという問題がある。
さらに、特許文献2の櫛歯型刃物台では、複数の刃物による同時加工を行うことができないという不都合もある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、各刃物にモータを備えるNC旋盤と比較して、モータ数を削減し、また、干渉回避のための複雑な制御を不要としてコストを低減することができる刃物台ユニット、刃物台切込装置および自動旋盤を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、主軸中心線に交差し、かつ、互いに交差する2つの軸線に沿ってそれぞれ移動可能に支持されるとともに、それぞれ刃物を搭載する一対のスライダと、これらスライダを前記軸線に沿って移動させる移動機構とを備え、該移動機構が、前記一対のスライダにそれぞれ接続された2つのスライダ部と、該スライダ部を推進するボールネジと、該ボールネジを回転させるサーボモータとを備え、前記ボールネジが、一方向の回転により2つのスライダ部を逆方向に推進する逆リード部を有する刃物台ユニットを提供する。
本発明によれば、一対の刃物を単一のサーボモータで駆動するので、刃物に対してモータを1つずつ有するNC旋盤と比較すると、低コスト化を図ることができる。また、移動機構のサーボモータを作動させると、ボールネジが回転させられ、2つのスライダ部が推進される。スライダ部が推進されると、これらスライダ部に接続されたスライダが、相互に交差する軸線に沿って移動させられ、該スライダに搭載された刃物が軸線方向に進退させられる。
この場合において、2つのスライダ部はボールネジの逆リード部により逆方向に推進されるので、一方の刃物により被加工物を加工する際には、他方の刃物を後退させることができる。この場合に、両刃物の動作はボールネジによって機械的に制限されているので、刃物どうしの干渉を生ずることなく動作させることができる。
上記発明においては、前記スライダ部がその推進方向に沿って配置されるガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動可能に支持される複数のガイドブロックとにより支持されていることが好ましい。
このようにすることで、刃物先端にかかる切削反力に伴って発生するモーメントをガイドレール上の複数のガイドブロックにより支持することが可能となり、切削精度を向上することができる。
また、上記発明においては、前記2つのスライダ部に、前記一対のスライダをそれぞれの軸線に交差する方向に移動可能に支持する直線案内機構が設けられていることとしてもよい。この場合に、前記直線案内機構が、前記一対のスライダをそれぞれの軸線に直交する方向に移動可能に支持することとしてもよい。
刃物を互いに交差する2つの軸線に沿って進退させることにより、刃物を搭載するスライダと、ボールネジにより駆動されるスライダ部との距離が変化する。スライダ部とスライダとは直線案内機構によって接続されているので、直線案内機構によってスライダを直線移動させることにより距離の変化が吸収され、直線案内機構を介して推進力を伝達することができる。
また、上記発明においては、前記ボールネジが、分離可能に設けられた2つの逆リード部と、該逆リード部を連結する連結部材とを備えることが好ましい。
組立時には、推進方向が異なる逆リード部を分離して、スライダ部の位置調整を容易にし、調整後に連結部材により逆リード部を連結することで一体化させることができる。
また、本発明は、上記刃物台ユニットを周方向に複数配列してなる刃物台切込装置を提供する。
本発明によれば、4以上の刃物を半分の数のサーボモータで制御でき、刃物に対してモータを1つずつ有するNC旋盤と比較すると、低コスト化を図ることができる。また、2以上の刃物により被加工物を同時に加工することも可能となる。
上記発明においては、各刃物ユニットの一対の刃物の先端位置を主軸中心線に対してほぼ同等の距離に配置した待機状態において、隣り合う刃物台ユニットに搭載された周方向に隣接する刃物どうしが、相互に干渉しない位置に配置されることが好ましい。
このようにすることで、待機状態に配置された刃物ユニットの一対の刃物は、いずれの刃物により加工を行う場合にも、被加工物に十分に近接した位置に先端を配置することができ、非加工時間を削減することができる状態となる。一方、一の刃物ユニットがこの待機状態に配されているときに、それに隣接する刃物ユニットの刃物は干渉を生ずることなく進退することができる。
また、上記発明においては、一の刃物台ユニットの周方向の両側に隣り合う2つの刃物台ユニットに搭載された周方向に隣接する刃物が、刃物どうしの干渉を生ずることなく同時に進退可能であることが好ましい。
このようにすることで、2つの刃物を同時に進退させて、被加工物を同時に加工することが可能となる。なお、隣接する刃物台ユニットの2つの刃物による同時加工は、刃物が主軸中心線に沿う方向にずれていれば可能である。
また、本発明は、上記いずれか刃物台ユニットと、該刃物台ユニットに搭載された刃物により切削される被加工物を主軸中心線回りに回転させる主軸と、これら刃物台ユニットまたは主軸を主軸中心線に沿う方向に相対的に移動させる移動テーブルと、刃物台ユニット、主軸および移動テーブルを制御する制御部とを備える自動旋盤を提供する。
本発明によれば、刃物代ユニットに搭載された2つの刃物の動作はボールネジによって機械的に制限されているので、刃物どうしの干渉を生ずることなく動作させることができ、刃物の交換を迅速に行って非加工時間を削減し、被加工物の加工のサイクルタイムを短縮することができる。
上記発明においては、前記刃物台ユニットが、周方向に複数配列されていることとしてもよい。
このようにすることで、構成部品を共通化して低コストの自動旋盤を提供できるとともに、サーボモータ数を低減して制御を容易にすることができる。また、2以上の刃物で被加工物を同時に加工することができ、サイクルタイムのさらなる短縮を図ることができる。
本発明に係る刃物台ユニット、刃物台切込装置および自動旋盤によれば、各刃物にモータを備えるNC旋盤と比較して、モータ数を削減し、また、干渉回避のための複雑な制御を不要としてコストを低減することができるという効果を奏する。また、カム方式の自動旋盤と比較して、汎用性を向上することができるという効果を奏する。
以下、本発明の一実施形態に係る刃物台ユニット2、刃物台切込装置1および自動旋盤100について、図1〜図6を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る自動旋盤100は、図1に示されるように、棒材(被加工物)Wをその軸線回りに回転させる主軸101と、複数の刃物3A,3Bを棒材Wの外面に接触させて加工する刃物台切込装置1と、主軸101をその主軸中心線Aに沿う方向に移動させる移動テーブル102と、主軸101に棒材Wを供給する棒材供給装置103と、棒材Wの正面側加工等を行うための正面加工装置104と、これらを制御する制御装置(制御部)105とを備えている。図中符号106は、主軸101を回転させるモータ、符号107は棒材(被加工物)Wを把持し、主軸101と一体に組み付けられ回転するチャック、符号108はモータ107の回転力を主軸101に伝達するためのベルトである。
制御装置105の作動により、棒材供給装置103によって主軸101に供給された棒材Wが、主軸中心線A回りに回転させられた状態で、刃物台切込装置1によって支持された刃物3A,3Bおよび正面加工装置104によって支持された工具を棒材Wの外面に接触させることにより、棒材Wを加工することができるようになっている。そして、移動テーブル102の作動により、棒材Wを主軸中心線Aに沿う方向に移動させつつ加工を行うことで、棒材Wの外面を長手方向に沿って連続的に加工することができるようになっている。
本実施形態に係る刃物台切込装置1は、図2に示されるように、主軸中心線Aを中心として、周方向に配列された3つの刃物台ユニット2を備えている。
各刃物台ユニット2は、図3および図4に示されるように、2個一対の刃物3A,3Bをそれぞれ搭載する一対のスライダ4A,4Bと、主軸中心線Aに直交しかつ相互に交差する2つの軸線B,Cに沿って前記スライダ4A,4Bをそれぞれ進退させる移動機構5とを備えている。なお、スライダ4A,4Bの進退方向は主軸中心線Aに直交する方向に限られず、任意の角度で交差する方向でもよい。
各スライダ4A,4Bは、ベース6に固定された2つのリニアガイド7によってそれぞれの直線移動動作を案内されている。リニアガイド7は、ベース6に固定されたガイドレール7aに比較的大きなスパンをあけて配置された2つのガイドブロック7bが移動可能に支持されており、これらガイドブロック7bに固定されたスライダ4A,4Bは、刃物3A,3Bの先端に加わる加工時の力によって生ずる比較的大きなモーメントを安定して支持することができるようになっている。リニアガイド7は、例えば、30°の間隔をあけて配列された2つの軸線B,Cに沿って配置されている。
前記移動機構5は、ベース6に、前記2つの軸線B,Cの中心線に沿って形成された溝8内に固定された断面略U字状のガイドハウジング9内に、該ガイドハウジング9の長手方向に沿って移動可能に支持された2個のボールネジナット(スライダ部)10A,10Bと、これらのボールネジナット10A,10Bを推進するボールネジ11と、該ボールネジ11を回転駆動するサーボモータ12とを備えている。図中符号13は、サーボモータ12の動力をボールネジ11に伝達する伝達機構である。
前記ボールネジ11は、その長手方向のほぼ中央位置においてネジのリード方向が逆転する2つの逆リード部11a,11bを備えている。各ボールネジナット10A,10Bは、このボールネジ11の別個の逆リード部11a,11bに係合している。これにより、ボールネジ11がその長手軸線回りに一方向に回転すると、ボールネジナット10A,10Bがボールネジ11に沿って相互に離れる方向に推進され、他方向に回転すると相互に近接する方向に推進されるようになっている。
また、移動機構5は前記ボールネジナット10A,10Bに固定されたブラケット14A,14Bと、該ブラケット14A,14Bと前記スライダ4A,4Bとの間に配置されたリニアガイド(直線案内機構)15とを備えている。リニアガイド15のガイドレール15aはブラケット14A,14Bに固定され、ガイドブロック15bはスライダ4A,4Bに固定されている。ガイドレール15aは、前記スライダ4A,4Bを移動可能に支持するリニアガイド7のガイドレール7aに対して直交する方向に配置されている。
このように構成された本実施形態に係る刃物台ユニット2は、サーボモータ12の作動により、2つのスライダ4A,4Bを直線移動させて、図3に示されるように、2つの刃物3A,3Bの先端位置が、主軸中心線Aからほぼ同一の距離に配置される待機状態と、一方の刃物3Bを主軸中心線Aに向けて突出させる図5の状態と、他方の刃物3Aを主軸中心線Aに向けて突出させる図6の状態の状態とを達成するようになっている。
待機状態に配されているときに、2つの刃物3A,3Bは、主軸中心線Aに沿って配置された被加工物(図示略)に対して半径方向外方に若干隙間をあけて配置され、スライダ4A,4Bを微小移動させるだけで、被加工物の加工を開始することができるようになっている。
また、図5および図6に示すように、いずれか一方の刃物3A(3B)を主軸中心線Aに向けて突出させるときには、他方の刃物3B(3A)は後退させられるようになっている。
また、本実施形態に係る刃物台切込装置1は、主軸中心線A回りに、3つの刃物台ユニット2を60°ずつ角度を変えて隣接配置している。そして、図2に示されるように、一の刃物台ユニット2の刃物3A,3Bを待機状態に配置すると、該刃物台ユニット2の両側に隣接する他の刃物台ユニット2のいずれの刃物3A,3Bを進退させても、一の刃物台ユニット2の刃物3A,3Bに干渉しないようになっている。
このように構成された本実施形態に係る刃物台ユニット2、刃物台切込装置1および自動旋盤100の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る自動旋盤100を用いて棒材Wの加工を行うには、主軸101のチャック107に棒材Wを把持させた状態で、制御装置105からの指令信号により、モータ106を駆動させて棒材Wを主軸中心線A回りに回転させる。また、移動テーブル102の作動により、棒材Wの主軸中心線Aに沿う加工位置を調節する。そして、この状態で、刃物台切込装置1を作動させる。刃物台切込装置1を用いて棒材Wの加工を行うには、いずれかの刃物台ユニット2のサーボモータ12を作動させる。サーボモータ12の作動により、ボールネジ11が回転させられ、該ボールネジ11に係合しているボールネジナット10A,10Bが推進される。
このとき、各ボールネジナット10A,10Bは、ボールネジ11に備えられた逆リード部11a,11bに係合しているので、ボールネジ11を一方向に回転させると、一方のボールネジナット10A(10B)が主軸中心線Aに向かって推進される一方、他方のボールネジナット10B(10A)は逆方向に推進される。したがって、一方の刃物3A(3B)が主軸中心線Aに向かって推進されて棒材Wを加工する。そして、他方の刃物3B(3A)による加工に切り替えるときには、ボールネジ11を逆転させるだけで済み、制御が簡単である。
この場合において、他方の刃物3B(3A)が逆方向に推進されるので、両刃物3A,3Bが干渉することはない。特に、両刃物3A,3Bはボールネジ11に係合するボールネジナット10A,10Bによって機械的にその動作が規定されているので、いかなる動作によっても両刃物3A,3Bが干渉することはなく、干渉を回避するための複雑な制御や特別な機構が不要である。
また、本実施形態に係る刃物台ユニット2によれば、単一のサーボモータ12で2つの刃物3A,3Bを切り替えるように制御することができ、サーボモータ12の数を半減させることができる。また、サーボモータ12数が低減するので、制御コントローラやアンプ等の制御機器も不要となる。したがって、刃物3A,3Bに対してそれぞれサーボモータ12を配置する従来のNC旋盤と比較すると、コストを大幅に低減することができる。
また、本実施形態に係る刃物台ユニット2によれば、相互に交差する軸線B,Cに沿って移動可能に支持されたスライダ4A,4Bを、それらの中央線に沿って配置された移動機構により駆動するので、スライダ4A,4Bの変位量に応じてボールネジナット10A,10Bとスライダ4A,4Bとの距離が変化することとなるが、本実施形態によれば、ボールネジナット10A,10Bとスライダ4A,4Bとがリニアガイド15により接続されているので、リニアガイド15の作動により距離の変化が吸収され、高精度な切込動作を行うことができる。特に、リニアガイド15に予圧をかけてラジアル方向のバックラッシュをなくすことで、より高精度な切り込みを行うことができる。
また、本実施形態に係る刃物台切込装置1によれば、図2に示されるように、中央の刃物台ユニット2を待機状態に配置すると、両側の刃物台ユニット2のいずれの刃物3A,3Bを主軸中心線Aに向けて移動させても中央の刃物台ユニット2の刃物3A,3Bに干渉しないようにすることができる。したがって、両側の刃物台ユニット2の刃物3A,3Bのいずれかを同時に主軸中心線Aに向けて移動させて、棒材Wを同時に加工することも可能となる。
また、本実施形態に係る刃物台切込装置1によれば、刃物台ユニット2が2つの刃物3A,3Bを駆動するユニット化されているので、組立が容易であり、ユニットの増減による刃物3A,3B数の増減を容易に行うことができるという利点もある。
また、本実施形態に係る自動旋盤100においては、正面加工装置104を備えているので、該正面加工装置104に取り付ける刃具の設定により、棒材Wの正面側から端面または外周面の切削、穴あけあるいはねじ切り作業等の正面側加工作業を容易に行うことができる。また、刃具の代わりに正面側加工が完了したワークを把持し回転させる背面スピンドルユニットを搭載することにより、刃物台切込装置1で容易に背面側加工も行うことができる。
なお、本実施形態に係る刃物台ユニット2は、ガイドハウジング9内においてボールネジ11により駆動されるボールネジナット10A,10Bを有するものを例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、図7および図8に示されるように、ブラケット14A′,14B′を支持するリニアガイド16A,16Bと、逆ネジを有するボールネジ11′とを組み合わせた構造のものを採用してもよい。
この場合に、図8に示されるように、各ボールネジナット10A′,10B′を取り付けるブラケット14A′,14B′は、リニアガイド16A,16Bにそれぞれ2個ずつ間隔をあけて支持されたガイドブロック17によって支持されていることが好ましい。このようにすることで、切削時に、スライダ4A,4Bが後退させられる方向に刃物3A.3Bの先端にかかる切削時の反力によりブラケット14A′,14B′に発生するモーメントが2つのガイドブロック17によって支持されるので、ボールネジナット10A′,10B′にモーメントがかからないようにすることができる。
また、図9に示されるように、2つのブラケット14A′,14B′を支持するリニアガイドとして共通のリニアガイド16を採用することとしてもよい。
また、上記各実施形態においては、逆ネジ部11a,11b(11a′,11b′)を有するボールネジ11(11′)を一体的に構成したものを例示したが、これに代えて、図10に示されるように、逆ネジ部11a,11bを分離可能に設け、それらを着脱可能に連結する連結部18を設けることとしてもよい。連結部18は、例えば、図10(a),(b)に示されるように、一方の逆ネジ部11b先端に設けたすり割り18aを有する嵌合孔18bと、他方の逆ネジ部11a先端に設けられ嵌合孔18bに嵌合する突起18cと、該突起18cが嵌合孔18bに嵌合された状態で、すり割り18aの幅を縮めるように締結されるボルト18dおよびネジ孔18eとを備えている。
このように構成することで、逆方向のリードを有する2つのボールネジナット10A,10Bをそれぞれ独立して位置調整することができ、組立作業を容易にすることができるという利点がある。
また、本実施形態においては、刃物台切込装置1を固定し、主軸101を移動テーブル102により移動させることとしたが、これに代えて、主軸101を固定し、刃物台切込装置を移動させることにしてもよい。
本発明の一実施形態に係る自動旋盤を示す全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る3つの刃物台ユニットを備える刃物台切込装置を示す正面図である。 図2の刃物台切込装置に用いられる刃物台ユニットの待機状態を示す正面図である。 図3の刃物台ユニットを刃物の移動方向からみた側面図である。 図2の刃物台ユニットの一方の刃物が主軸中心線に向かって推進された状態を示す正面図である。 図2の刃物台ユニットの他方の刃物が主軸中心線に向かって推進された状態を示す正面図である。 図3の刃物台ユニットの変形例を示す刃物の移動方向からみた側面図である。 図7の刃物台ユニットのブラケットの支持構造を示す正面図である。 図3の刃物台ユニットの他の変形例を示す刃物の移動方向からみた側面図である。 ボールネジの変形例を示す図であり、(a)連結部の側面図、(b)連結部の断面図である。
符号の説明
A 主軸中心線
B,C 軸線
1 刃物台切込装置
2 刃物台ユニット
3A,3B 刃物
4A,4B スライダ
5 移動機構
10A,10B ボールネジナット(スライダ部)
11 ボールネジ
11a,11b 逆リード部
12 サーボモータ
15 リニアガイド(直線案内機構)
100 自動旋盤
101 主軸
102 移動テーブル
105 制御装置(制御部)

Claims (10)

  1. 主軸中心線に交差し、かつ、互いに交差する2つの軸線に沿ってそれぞれ移動可能に支持されるとともに、それぞれ刃物を搭載する一対のスライダと、
    これらスライダを前記軸線に沿って移動させる移動機構とを備え、
    該移動機構が、前記一対のスライダにそれぞれ接続された2つのスライダ部と、該スライダ部を推進するボールネジと、該ボールネジを回転させるサーボモータとを備え、
    前記ボールネジが、一方向の回転により2つのスライダ部を逆方向に推進する逆リード部を有する刃物台ユニット。
  2. 前記スライダ部がその推進方向に沿って配置されるガイドレールと、該ガイドレールに沿って移動可能に支持される複数のガイドブロックとにより支持されている請求項1に記載の刃物台ユニット。
  3. 前記2つのスライダ部に、前記一対のスライダをそれぞれの軸線に交差する方向に移動可能に支持する直線案内機構が設けられている請求項1または請求項2に記載の刃物台ユニット。
  4. 前記直線案内機構が、前記一対のスライダをそれぞれの軸線に直交する方向に移動可能に支持する請求項3に記載の刃物台ユニット。
  5. 前記ボールネジが、分離可能に設けられた2つの逆リード部と、該逆リード部を連結する連結部材とを備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の刃物台ユニット。
  6. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の刃物台ユニットを周方向に複数配列してなる刃物台切込装置。
  7. 各刃物ユニットの一対の刃物の先端位置を主軸中心線に対してほぼ同等の距離に配置した待機状態において、隣り合う刃物台ユニットに搭載された周方向に隣接する刃物どうしが、相互に干渉しない位置に配置される請求項6に記載の刃物台切込装置。
  8. 一の刃物台ユニットの周方向の両側に隣り合う2つの刃物台ユニットに搭載された周方向に隣接する刃物が、刃物どうしの干渉を生ずることなく同時に進退可能である請求項7に記載の刃物台切込装置。
  9. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の刃物台ユニットと、
    該刃物台ユニットに搭載された刃物により切削される被加工物を主軸中心線回りに回転させる主軸と、
    これら刃物台ユニットまたは主軸を主軸中心線に沿う方向に相対的に移動させる移動テーブルと、
    前記刃物台ユニット、主軸および移動テーブルを制御する制御部とを備える自動旋盤。
  10. 前記刃物台ユニットが、周方向に複数配列されている請求項9に記載の自動旋盤。
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