JP2008264891A - ユニバーサルヘッドおよびこれを有する工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】工具の向きを自在に変化させるユニバーサルヘッドの利点と、回転工具を工作物に近づけて加工できるアタッチメントの利点の両方を兼ね備え且つ同時に発揮でき、ユニバーサルヘッド支持部に対するユニバーサルヘッドの取外し，取付け作業が不要になるユニバーサルヘッドを提供する。
【解決手段】ユニバーサルヘッド４は、工具の向きを自在に変化させて工作物を加工する。ユニバーサルヘッドは、揺動部３０を有して旋回動作可能にユニバーサルヘッド支持部１０に取付けられるユニバーサルヘッド本体部６と、揺動部に着脱可能に取付けられ且つ回転工具５が着脱可能に装着され、揺動部のアタッチメント駆動用モータで回転工具が回転されるアタッチメント７とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ユニバーサルヘッドおよび工作機械にかかり、特に、アタッチメントが着脱可能に取付けられるユニバーサルヘッドおよびこれを有するマシニングセンタ（以下、ＭＣと記載）など工作機械に関する。

工作機械に使用されるユニバーサルヘッドに関しては、特許文献１（特開平７−２２３１３９号公報）および特許文献２（米国特許５,５８４,６２１号）などが提案されている。
また、工具を有するアタッチメントに関しては、特許文献３（特開平６−５５３９５号公報）および特許文献４（実開平３−２６４１２号公報）に記載の技術が知られている。

特開平７−２２３１３９号公報 米国特許５,５８４,６２１号 特開平６−５５３９５号公報 実開平３−２６４１２号公報

特許文献１，特許文献２に記載のユニバーサルヘッドは、回転工具の向きを変化させて工作物を加工することができる。しかし、ユニバーサルヘッドに回転工具が直接取付けられている。
したがって、回転工具を工作物に近づけると、ユニバーサルヘッドが工作物と干渉してしまう恐れがある。その結果、回転工具を工作物にそれほど近づけることができず、加工可能領域が狭くなりがちであった。

特許文献３，特許文献４に記載のアタッチメントは、回転工具を有するとともに主軸頭や機械主軸に取付けられるので、回転工具の向きを変化させることはできない。
その結果、加工の種類ごとにアタッチメントが必要になるので、多種類の専用アタッチメントを準備しなければならなかった。また、専用アタッチメントを交換するための交換装置（アタッチメントチェンジャー）も必要であった。回転工具の向きを自在に変化させることができないので、加工の種類にも制約があった。

たとえば、門形ＭＣは、ユニバーサルヘッドを使用した加工と、専用アタッチメントを使用した加工の両方を行なう場合がある。このような門形ＭＣでは、加工の種類に応じて、ユニバーサルヘッドと専用アタッチメントとのいずれか一つを主軸頭に取付けて加工を行なっていた。
その結果、加工の種類が変わるたびに、ユニバーサルヘッドを取外して専用アタッチメントを取付ける作業が必要になる。また、専用アタッチメントを取外して他の専用アタッチメントまたはユニバーサルヘッドを主軸頭に取付けるといった交換作業も必要になる。これら交換作業には時間が掛かり、作業者にとって負担になっていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、工具の向きを自在に変化させて工作物を加工することができるというユニバーサルヘッドの利点と、回転工具を工作物に近づけて広い加工可能領域で加工できるというアタッチメントの利点との両方を兼ね備え且つ同時に発揮することができ、また、ユニバーサルヘッド支持部に対するユニバーサルヘッドの取外し，取付け作業が不要になるユニバーサルヘッドおよびこれを有する工作機械を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明にかかるユニバーサルヘッドは、工作機械に設けられ、工具の向きを自在に変化させて工作物を加工するためのユニバーサルヘッドであって、揺動動作可能な揺動部を有して旋回動作可能に前記工作機械のユニバーサルヘッド支持部に取付けられるユニバーサルヘッド本体部と、前記揺動部に着脱可能に取付けられるとともに回転工具が着脱可能に装着され、前記揺動部のアタッチメント駆動用モータにより前記回転工具が回転駆動されるアタッチメントとを備えている。
好ましくは、前記アタッチメントが前記揺動部に取付けられた状態で、この揺動部の第１の中心軸線と、動力伝達機構を介して前記回転工具を回転させるアタッチメント軸の第２の中心軸線とが直交している。
この場合、前記アタッチメントが取付けられた前記揺動部の前記第１の中心軸線が、前記ユニバーサルヘッド本体部の第３の中心軸線に対して直交する方向を向いている状態で、前記アタッチメントに装着された前記回転工具の第４の中心軸線は、前記ユニバーサルヘッド本体部の前記第３の中心軸線に対して隔たりをもって平行であるように構成するのが好ましい。
前記アタッチメントは、前記ユニバーサルヘッド本体部に対して少なくとも９０度異なる少なくとも二種類の方向に取付け可能になっているのが好ましい。
前記ユニバーサルヘッド本体部から前記アタッチメントを取外して、その代わりに他の種類の工具または前記回転工具を、前記ユニバーサルヘッド本体部に直接装着することができるようになっているのが好ましい。
また、本発明にかかる工作機械は、上述のユニバーサルヘッドを有しており、たとえば、門形マシニングセンタが好ましい。

本発明のユニバーサルヘッドおよびこれを有する工作機械は、上述のように構成したので、工具の向きを自在に変化させて工作物を加工することができるというユニバーサルヘッドの利点と、回転工具を工作物に近づけて広い加工可能領域で加工できるというアタッチメントの利点との両方を兼ね備え且つ同時に発揮することができる。また、ユニバーサルヘッド支持部に対するユニバーサルヘッドの取外し，取付け作業が不要になる。

本発明にかかるユニバーサルヘッドは、工作機械に設けられ、回転軸の出力部の向きを任意の方向に自在に変え得る構成を有している。そして、回転工具が装着されるアタッチメントを、前記回転軸出力部の中心軸線と直交する方向を向くように、ユニバーサルヘッドに設けている。これにより、従来不可能であった多種多様な加工ができるようにしている。
本発明のユニバーサルヘッドは、ユニバーサルヘッド支持部に取付けられて、工具の向きと位置を自在に変化させて工作物を加工する。このユニバーサルヘッドは、旋回動作可能で且つ揺動部が揺動動作可能なユニバーサルヘッド本体部と、アタッチメントとを備えている。アタッチメントは、揺動部の端部に取付けられて、回転工具が着脱可能に装着されて回転駆動される。
これにより、ユニバーサルヘッドは、ユニバーサルヘッドの利点と、アタッチメントの利点との両方を兼ね備え且つ同時に発揮する。また、ユニバーサルヘッドによれば、ユニバーサルヘッド支持部に対するユニバーサルヘッドの取外し，取付け作業を不要にするという目的を実現している。

ユニバーサルヘッドを有する工作機械として、下記の実施例では門形ＭＣ（門形マシニングセンタ）の場合を示している。なお、工作機械として、門形ＭＣ以外の通常のＭＣ（たとえば、立形ＭＣ，横形ＭＣ）であってもよい。この通常のＭＣにおける主軸頭（本発明のユニバーサルヘッド支持部に相当）の中心軸線の方向は、床面に対してほぼ垂直方向とほぼ水平方向のいずれであってもよい。
さらに、工作機械としては、ユニバーサルヘッド支持部としての主軸頭にユニバーサルヘッドが設けられた複合加工機，ターニングセンタ，研削盤などであってもよい。

以下、本発明にかかる一実施例を、図１ないし図１７を参照して説明する。
図１，図２，図３は、それぞれ門形ＭＣの全体斜視図，全体正面図，全体側面図である。図４はユニバーサルヘッドの内部構造図、図５，図６，図７は、それぞれユニバーサルヘッドの斜視図，正面図，側面図である。図８，図９は、それぞれ回転工具を下方に向けたときのユニバーサルヘッドの側面図，背面図である。
図１０は、ユニバーサルヘッドの一部を示す外観図である。図１０（Ａ）は、回転工具をアタッチメントから取外した状態を示している。図１０（Ｂ）は、ユニバーサルヘッドに対して、アタッチメントを平面視で９０度旋回させて取付けた状態を示している。図１０（Ｃ）は、アタッチメントの代わりに他の種類の工具を取付けた状態を示している。

図１ないし図５に示すように、本実施例では、工作機械として門形マシニングセンタ１（以下、ＭＣ１と記載）の場合を示している。ＭＣ１は、アルミニウム合金製や木製の大型部品など大型の工作物３を高剛性で加工するのに適している。
ＭＣ１には、回転工具５など工具の向きや位置を自在に変化させて工作物３を加工するためのユニバーサルヘッド４が設けられている。

ＭＣ１は、ユニバーサルヘッド支持部１０（以下、ヘッド支持部１０と記載）などを有する機械本体１１と、回転工具５や他の工具３１（図１０（Ｃ））を貯蔵する工具マガジン１２と、回転工具５や他の工具３１を自動的に交換する自動工具交換装置（ＡＴＣ）１３とを備えている。ＭＣ１には、工作物３が載置されたパレットを自動的に交換する自動パレット交換装置（ＡＰＣ）が設けられる場合もある。
ＭＣ１は、ＮＣ（数値制御）装置とＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）とを有する制御装置により制御され、所定位置には制御装置の制御盤１４が設けられている。

ＭＣ１のベッド１５とコラム１６は、機械本体１１の基体を構成して床面上に設置されている。コラム１６は、正面（Ｘ軸方向）から見て左右一対配置されている。クロスレール１９は、水平に左右方向に延びて配置され、コラム１６に支持されている。
床面に対して垂直に設置された一対のコラム１６と、この一対のコラム１６間に水平に掛け渡されたクロスレール１９とにより、門形の基体が構成されている。この門形基体は、ベッド１５を跨いで、ベッド１５と直交する方向（Ｙ軸方向）に配置されている。
ヘッド支持部１０の下部（下端部）には、ユニバーサルヘッド４が取付けられている。ヘッド支持部１０の中心軸線ＣＬ1は、床面に対して垂直方向（Ｚ軸方向）を向いている。ヘッド支持部１０は、テーブル１７上の工作物３に対して相対的に直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）に移動可能である。ＭＣ１において、ヘッド支持部１０の中心軸線ＣＬ1と平行な軸線方向をＺ軸とし、これと直交して直交座標系をなす各軸線方向をＸ軸，Ｙ軸とする。

クロスレール１９は、コラム１６に支持されながら、ヘッド支持部１０の中心軸線ＣＬ1と平行な方向（Ｚ軸方向（上下方向）と平行なＷ軸方向）に移動可能である。クロスレール１９には、サドル１８がＹ軸方向（左右方向）に移動可能に設けられている。サドル１８にはヘッド支持部１０が設けられている。
クロスレール１９は、Ｗ軸方向（上下方向）に移動可能である。したがって、クロスレール１９の上下方向のストロークと、サドル１８に対するヘッド支持部１０の上下方向のストロークとが合成される。これにより、ヘッド支持部１０に支持されているユニバーサルヘッド４は、大きなストロークでＺ軸方向（上下方向）に移動可能である。
ヘッド支持部１０は、サドル１８に対して、ヘッド支持部１０の中心軸線ＣＬ1と平行なＺ軸方向（上下方向）に相対的に移動可能である。ヘッド支持部１０は、その中心軸線ＣＬ1まわりには回らず、Ｚ軸方向に移動するように回り止めがなされている。
テーブル１７は、ユニバーサルヘッド４の高さ位置より下方に配置されてベッド１５に支持されている。テーブル１７は、ベッド１５上をＸ軸方向（前後方向）に移動可能である。

クロスレール１９を、Ｚ軸方向と平行なＷ軸方向に移動させるために、左右のコラム１６には、Ｗ軸用サーボモータ２０，Ｗ軸用ボールねじ２１およびＷ軸用ガイドレールなどが、それぞれ設けられている。Ｗ軸用サーボモータ２０に駆動されて、Ｗ軸用ボールねじ２１が回転する。すると、クロスレール１９が、Ｗ軸用ガイドレールに案内支持されてＷ軸方向に往復移動する。
サドル１８をＹ軸方向に移動させるために、クロスレール１９には、Ｙ軸用サーボモータ２２，Ｙ軸用ボールねじ２３およびＹ軸用ガイドレールなどが設けられている。Ｙ軸用サーボモータ２２に駆動されて、Ｙ軸用ボールねじ２３が回転する。すると、サドル１８が、Ｙ軸用ガイドレールに案内支持されてＹ軸方向に往復移動する。
ヘッド支持部１０をＺ軸方向に移動させるために、サドル１８には、Ｚ軸用サーボモータ２４，Ｚ軸用ボールねじおよびＺ軸用滑りガイドなどが設けられている。Ｚ軸用サーボモータ２４に駆動されて、Ｚ軸用ボールねじが回転する。すると、ヘッド支持部１０が、Ｚ軸用滑りガイドに案内支持されてＺ軸方向に往復移動する。

テーブル１７をＸ軸方向に移動させるために、ベッド１５には、Ｘ軸用サーボモータ２５，Ｘ軸用ボールねじおよびＸ軸用ガイドレールなどが設けられている。Ｘ軸用サーボモータ２５に駆動されて、Ｘ軸用ボールねじが回転する。すると、テーブル１７が、Ｘ軸用ガイドレールに案内支持されてＸ軸方向に往復移動する。
ヘッド支持部１０の下部に取付けられたユニバーサルヘッド４は、水平面内で旋回するＣ軸制御と、垂直面内で揺動するＢ軸制御が行なわれる。

このようにして、ヘッド支持部１０を、テーブル１７上の工作物３に対して相対的に直交３軸方向（Ｘ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向）に移動可能にしている。また、ユニバーサルヘッド４の全体を水平面内で旋回させるＣ軸制御が行なわれる。ユニバーサルヘッド４に取付けられた回転工具５を垂直面内で揺動させるＢ軸制御も行なわれる。その結果、ＭＣ１は、６軸制御される門形マシニングセンタになっている。

次に、ユニバーサルヘッド４について、図４ないし図１０を参照して説明する。
ユニバーサルヘッド４は、Ｃ軸制御とＢ軸制御を行なうことにより、回転工具５（または、他の工具３１）の向きを自在に変化させて工作物３を加工する。ユニバーサルヘッド４は、ユニバーサルヘッド本体部６と、回転工具５を装着可能なアタッチメント７とを備えている。
アタッチメント７は、ユニバーサルヘッド本体部６に着脱可能に装着されている。なお、ユニバーサルヘッド本体部６からアタッチメント７を取外して、その代わりに他の種類の工具３１または回転工具５を、ユニバーサルヘッド本体部６に直接装着することもできる。

ユニバーサルヘッド本体部６は、Ｃ軸回りに旋回動作可能にＭＣ１のヘッド支持部１０に取付けられている。ユニバーサルヘッド本体部６は、ヘッド支持部１０（または、サドル１８）に設けられたＣ軸用駆動装置（図示せず）によりＣ軸回りに、すなわち水平面内で旋回する。
したがって、ユニバーサルヘッド４は、ヘッド支持部１０の中心軸線ＣＬ1を中心として旋回することにより、Ｃ軸制御される。これにより、平面視での回転工具５（または、他の工具３１）の方向が制御される。
また、ユニバーサルヘッド本体部６は、揺動動作可能な揺動部３０を有している。揺動部３０は、ユニバーサルヘッド本体部６に支持されている。揺動部３０は、水平方向を向く揺動中心軸線ＣＬ2を中心として、Ｂ軸回りに揺動することができる。
ユニバーサルヘッド本体部６には、Ｂ軸用駆動装置（図示せず）が内蔵されている。このＢ軸用駆動装置により、ユニバーサルヘッド本体部６に対して揺動部３０をＢ軸回りに揺動させる。これにより、回転工具５（または、他の工具３１）が、所定方向を向くようにＢ軸制御される。

Ｃ軸用駆動装置は、Ｃ軸制御の機能を有している。Ｃ軸制御では、ユニバーサルヘッド４を旋回させる。すると、回転工具５（または、他の工具３１）を、ユニバーサルヘッド本体部６の第３の中心軸線ＣＬ5を中心とする所望の方向（すなわち、平面視での水平方向の所望の方向）に割り出すことができる。
他方、Ｂ軸用駆動装置は、Ｂ軸制御の機能を有している。Ｂ軸制御では、揺動部３０を、水平方向の揺動中心軸線ＣＬ2を中心として揺動させる。すると、アタッチメント７に装着された回転工具５を、所望の方向に割り出すことができる。また、揺動部３０にアタッチメント７を設けず、その代わりに他の種類の工具３１が揺動部３０に直接装着されている場合には、この工具３１を所望の方向に割り出すことができる。
なお、この「所望の方向」は、揺動部３０の第１の中心軸線（回転軸３５の中心軸線）ＣＬ3と、アタッチメント軸３４の第２の中心軸線ＣＬ4とがなす垂直平面内での所望の方向のことである。

アタッチメント７は揺動部３０に着脱可能に取付けられている。アタッチメント７には回転工具５が着脱可能に装着される。回転工具５は、揺動部３０に設けられたビルトイン型のアタッチメント駆動用モータ３２により回転駆動される。
こうして、アタッチメント７を有して６軸制御されるユニバーサルヘッド４は、ユニバーサルヘッドの利点とアタッチメントの利点との両方を、兼ね備え且つ同時に発揮することができる。
ユニバーサルヘッドの利点とは、回転工具５の向きを自在に変化させて工作物３を加工することができるという利点である。アタッチメントの利点とは、回転工具５を工作物３に近づけて広い加工可能領域で加工できるという利点である。
ユニバーサルヘッド４は、ヘッド支持部１０に取付けられたままでよい。その結果、ヘッド支持部１０に対するユニバーサルヘッド４の取外し，取付け作業が不要になる。また、作業者にとって段取り替え作業の負担が軽減される。

揺動部３０の内部には、アタッチメント駆動用モータ３２が組み込まれている。このモータ３２の回転軸３５が、揺動部３０の第１の中心軸線ＣＬ3を中心として回転可能に軸支されている。回転軸３５は、軸受部３７などを介して揺動部本体３６に支持されて、揺動部３０の第１の中心軸線ＣＬ3を中心に回転する。
揺動部３０のアタッチメント駆動用モータ３２は、回転軸３５と、揺動部本体３６に固定されたステータ３８と、ステータ３８の内方に配置されて回転軸３５に固定されたロータ３９とを有している。アタッチメント駆動用モータ３２の回転軸３５は、制御信号に対応した回転速度で回転する。

アタッチメント７は、ハウジングとしての機能を有するアタッチメント本体４１と、入力軸５０と、出力側のアタッチメント軸３４とを有している。入力軸５０は、アタッチメント本体４１に回転可能に軸支され、アタッチメント軸３４の第２の中心軸線ＣＬ4と直交する中心軸線ＣＬ7を中心として回転する。アタッチメント軸３４は、アタッチメント本体４１に回転可能に軸支され、第２の中心軸線ＣＬ4を中心として回転可能である。
アタッチメント７が揺動部３０に取付けられた状態で、揺動部３０の第１の中心軸線（すなわち、回転軸３５の中心軸線）ＣＬ3と、動力伝達機構３３を介して回転工具５を回転させるアタッチメント軸３４の第２の中心軸線ＣＬ4とが、直交している。
これにより、回転工具５を、揺動部３０の第１の中心軸線ＣＬ3方向に対して直交する方向に突出させて配置することができる。したがって、回転工具５を工作物３に近づけても、ユニバーサルヘッド本体部６が邪魔にならない。その結果、広い加工可能領域で回転工具５により工作物３を加工することができる。

アタッチメント７の取付けられた揺動部３０の第１の中心軸線ＣＬ3は、ユニバーサルヘッド本体部６の第３の中心軸線ＣＬ5に対して直交する方向を向くことができる（図８，図９に示す状態）。
この状態では、アタッチメント７に装着された回転工具５の第４の中心軸線ＣＬ6は、ユニバーサルヘッド本体部６の第３の中心軸線ＣＬ5に対して隔たり（たとえば、所定距離Ｌ1の隔たり）をもって平行になっている。
その結果、ユニバーサルヘッド４におけるＣ軸制御の中心（すなわち、ユニバーサルヘッド本体部６の第３の中心軸線ＣＬ5）に対して偏心し且つこれと平行な中心軸線（ここでは、回転工具５の第４の中心軸線ＣＬ6）の位置で、工作物３を加工することができる。
なお、ユニバーサルヘッド本体部６の第３の中心軸線ＣＬ5は、ヘッド支持部１０の中心軸線ＣＬ1と一致している。また、回転工具５の第４の中心軸線ＣＬ6は、アタッチメント軸３４の第２の中心軸線ＣＬ4と一致している。

図１ないし図７では、アタッチメント７に装着された回転工具５が、水平方向で且つＸ軸方向を向いた状態を示している。
この場合には、アタッチメント７の中心軸線（アタッチメント軸３４の第２の中心軸線ＣＬ4）が、揺動部３０の揺動面と同じ面に位置するように、アタッチメント７は揺動部３０に取付けられている。この場合の揺動部３０の揺動面は、揺動部３０の第１の中心軸線ＣＬ3と、アタッチメント軸３４の第２の中心軸線ＣＬ4とがなす面である。

本実施例の工作機械は門形マシニングセンタ（ＭＣ１）である。したがって、揺動部３０を水平方向に向けると（図８，図９）、アタッチメント７に装着された回転工具５は、上下方向を向くユニバーサルヘッド本体部６の第３の中心軸線ＣＬ5に対して、所定距離Ｌ1の隔たりをもって下方を向く。
この場合には、回転工具５を下方に向けた状態で工作物３に近づけて、広い加工可能領域で工作物３を加工することができる（図１３に示す状態での加工）。

揺動部３０には、アタッチメントクランプ機構４２と、アタッチメント本体クランプ機構４３とが設けられている。
アタッチメント７の入力軸５０は、アタッチメントクランプ機構４２により、回転軸３５にクランプ・アンクランプ可能にクランプされる。アタッチメント本体４１は、アタッチメント本体クランプ機構４３により、揺動部本体３６にクランプ・アンクランプ可能にクランプされて位置決め固定される。

アタッチメント軸３４は、軸受部５１，５２を介してアタッチメント本体４１に軸支されている。入力軸５０はアタッチメントシャンク部５４を有している。入力軸５０は、軸受部５３を介してアタッチメント本体４１に軸支されている。
入力軸５０には、アタッチメントシャンク部５４とは反対側に入力軸用ベベルギヤ５５が取付けられている。入力軸用ベベルギヤ５５は、アタッチメント軸３４に取付けられたアタッチメント軸用ベベルギヤ５６と噛み合っている。
入力軸，ベベルギヤ５５，５６およびアタッチメント軸３４などにより、回転軸３５の駆動力を回転工具５に伝達するための動力伝達機構３３が構成されている。

回転軸３５の端部開口部側には、テーパ状のシャンク装着部５７が形成されている。シャンク装着部５７には、アタッチメント７のアタッチメントシャンク部５４が着脱可能に装着される。
アタッチメントシャンク部５４をシャンク装着部５７に装着した状態で、入力軸５０は、アタッチメントクランプ機構４２により回転軸３５にクランプされる。すると、入力軸５０の中心軸線ＣＬ7が、回転軸３５の中心軸線（すなわち、揺動部３０の第１の中心軸線ＣＬ3）と一致する。したがって、入力軸５０は、回転軸３５と一体的に回転することができる。
入力軸５０が回転すると、入力軸用ベベルギヤ５５とアタッチメント軸用ベベルギヤ５６を介して、アタッチメント軸３４が回転する。

アタッチメント軸３４の端部には、回転工具５用のシャンク装着部５８が形成されている。シャンク装着部５８には、回転工具５のシャンク部５９が着脱可能に装着される。
アタッチメント７には、回転工具５をクランプ・アンクランプ可能にクランプするための回転工具クランプ機構６０が設けられている。回転工具クランプ機構６０は、回転工具５のシャンク部５９が、アタッチメント７のシャンク装着部５８に装着された状態で、回転工具５をアタッチメント軸３４に対してクランプすることができる。
回転工具５が、アタッチメント軸３４に装着され、回転工具クランプ機構６０によりクランプされた状態で、アタッチメント軸３４が回転する。すると、回転工具５は、アタッチメント軸３４と一体的に回転する。
制御装置から出力される信号により、アタッチメント駆動用モータ３２は回転する。すると、モータ３２の回転駆動力は、回転軸３５，入力軸５０，ベベルギヤ５５，５６，アタッチメント軸３４を介して回転工具５に伝達される。その結果、回転工具５は、指令信号に応じた回転速度で回転して、工作物３を加工することができる。

なお、揺動部３０からアタッチメント７を取外して、その代わりに他の種類の工具３１（図１０（Ｃ））を揺動部３０に直接装着してもよい。
この場合には、工具３１のシャンク部（図示せず）をシャンク装着部５７に装着して、工具３１をアタッチメントクランプ機構４２で回転軸３５にクランプすることになる。すると、回転軸３５の回転駆動力が工具３１に直接伝達されるので、高い剛性で工作物３を工具３１により加工することができる。
また、回転工具５をユニバーサルヘッド本体部６に直接装着することもできる。この場合には、回転工具５のシャンク部５９をシャンク装着部５７に装着して、回転工具５をアタッチメントクランプ機構４２で回転軸３５にクランプすることになる。

ユニバーサルヘッド４をＣ軸制御すれば、ユニバーサルヘッド４が第３の中心軸線ＣＬ5を中心として旋回する。その結果、回転工具５（または、工具３１）を任意の方向に向けることができる。
また、ユニバーサルヘッド４をＢ軸制御すれば、揺動部３０が水平方向の揺動中心軸線ＣＬ2を中心として揺動する。その結果、回転工具５を任意の角度（水平面に対する角度）に傾けることができる。
たとえば、回転工具５を、水平方向に向けたり（図１〜図７）、床面に対して垂直方向で且つ下方に向けたり（図８，図９）、さらに任意の斜め方向に向けることができる。これにより、従来は不可能であった多種多様な加工ができる。

図１０（Ａ）は、工具マガジン１２とユニバーサルヘッド４とのあいだでＡＴＣ１３により工具交換するために、アタッチメント７から回転工具５が取外されたときの状態を示している。

アタッチメント７は、ユニバーサルヘッド本体部６に対して、少なくとも９０度異なる少なくとも二種類の方向（第１の方向と第２の方向）に取付けることが可能になっている。
たとえば、アタッチメント７が、ユニバーサルヘッド本体部６の揺動部３０に対して第１の方向を向いて取付けられているとき、このアタッチメント７を、揺動部３０から一旦取外す。その後、アタッチメント７を、９０度旋回させて第２の方向に向けて揺動部３０に取付ける。こうすれば、アタッチメント７は、第２の方向を向いた状態でユニバーサルヘッド本体部６に取付けられることになる。
また、アタッチメント７は、ユニバーサルヘッド本体部６に対して、少なくとも９０度異なる三種類の方向に取付け可能であってもよい。たとえば、０度方向が第１の方向のとき、第２の方向が９０度方向，第３の方向が１８０度方向の場合である。
さらに、アタッチメント７は、ユニバーサルヘッド本体部６に対して、少なくとも９０度異なる四種類の方向に取付け可能であってもよい。たとえば、０度方向が第１の方向のとき、第２の方向が９０度方向，第３の方向が１８０度方向，第４の方向が２７０度方向の場合である。

上述の実施例では、ユニバーサルヘッド本体部６に対するアタッチメント７の取付け方向が第１の方向である場合を示している。この場合には、揺動部３０が床面に対して垂直方向（下方）を向いている状態（図４〜図７）で、平面視で、アタッチメント７の第２の中心軸線ＣＬ4が、揺動部３０の揺動中心（すなわち、ユニバーサルヘッド本体部６の水平方向の揺動中心軸線ＣＬ2）と直角になっている。

これに対して、図１０（Ｂ）では、ユニバーサルヘッド本体部６に対するアタッチメント７の取付け方向が、上述の実施例とは９０度異なった第２の方向である場合を示している。この場合には、アタッチメント７の第２の中心軸線ＣＬ4が、揺動部３０の揺動中心（揺動中心軸線ＣＬ2）と平行になっている。
図１０（Ｂ）に示すように、ユニバーサルヘッド本体部６に対してアタッチメント７を第２の方向に取付けて、ユニバーサルヘッド４をＣ軸制御，Ｂ軸制御することができる。こうすれば、回転工具５の向き（すなわち、第２の方向）とその移動軌跡が、前記実施例における回転工具５の向き（すなわち、第１の方向）とその移動軌跡とは異なることになる。したがって、前記実施例ではできなかった他の種類の加工を行なうことができ、加工可能な種類がより多くなるので好ましい。

図１０（Ｃ）に示すように、ユニバーサルヘッド４の本体６に、アタッチメント７の代わりに他の種類の工具３１（または、回転工具５）を直接取付けることができる。こうすれば、回転軸３５が工具３１を直接回転駆動するので、より高い剛性で工具３１により工作物３を加工することができる。
この場合には、ユニバーサルヘッド４に対するＣ軸制御は有効ではない。しかし、Ｂ軸制御により揺動部３０をユニバーサルヘッド本体部６に対して揺動させて、工具３１の向きを変化させることができる。この工具３１は、回転する工具の場合が多いが、回転しない工具であってもよい。

次に、ＭＣ１で、回転工具５により工作物３を加工する動作について説明する。
アタッチメント７のアタッチメント本体４１は、アタッチメント本体クランプ機構４３により、揺動部本体３６にクランプされて位置決め固定されている。アタッチメント７の入力軸５０は、アタッチメントクランプ機構４２により、回転軸３５にクランプされている。
回転工具５は、回転工具クランプ機構６０によりアタッチメント軸３４にクランプされている。工作物３は、図示しないパレットを介して（または、直接）、テーブル１７上に位置決め固定されている。
この状態で制御盤１４を操作すると、制御装置から信号が出力される。この制御信号により、ヘッド支持部１０とユニバーサルヘッド４は、テーブル１７上の工作物３に対して、Ｘ軸方向，Ｙ軸方向およびＺ軸方向の直交３軸方向に相対的に移動する。
また、ユニバーサルヘッド４は、Ｃ軸制御されてＣ軸用駆動装置により水平面内で旋回し、揺動部３０は、Ｂ軸制御されてＢ軸用駆動装置により垂直面内で揺動する。

アタッチメント駆動用モータ３２を回転させる。その回転駆動力は、回転軸３５，入力軸５０，ベベルギヤ５５，５６，アタッチメント軸３４を介して、回転工具５に伝達される。すると、アタッチメント軸３４にクランプされた回転工具５は、指令信号に応じた所定の回転速度で回転する。
回転している回転工具５を、工作物３に対して相対的に直交３軸方向に移動させるとともに、ユニバーサルヘッド４をＣ軸制御，Ｂ軸制御する。これにより、回転工具５の向きを自在に変化させて、工作物３を自在に加工することができる。

工具交換する場合には、ＡＴＣ１３により工具マガジン１２とアタッチメント７との間で回転工具５を交換することになる。
一つの工作物３の加工が完了すると、作業者による段取り替え作業または自動パレット交換装置により、加工済の工作物３と次の未加工の工作物３とを交換する。その後、再び加工工程に移行して加工を行う。この手順を繰り返すことにより、複数の工作物３の加工が順次行なわれる。
なお、揺動部３０に対するアタッチメント７の着脱作業は、作業者が段取り替え作業の一つとして行なう場合が多い。しかし、ＡＴＣ１３により、揺動部３０に対するアタッチメント７の取外し，取付け動作を行なうようにしてもよい。このようにすれば、作業者の段取り替え作業の負担が軽減するので好ましい。
また、揺動部３０に対する他の種類の工具３１（図１０（Ｃ））の交換動作は、ＡＴＣ１３により行なうことができるが、作業者の段取り替え作業で行なってもよい。

図１１〜図１３，図１５〜図１７は、ユニバーサルヘッド４にアタッチメント７を取付けて工作物３を加工する状態を示す説明図である。図１４は、比較のために、アタッチメント７を使用しないで工作物３を加工する状態を示す説明図である。
図１１は、ユニバーサルヘッド４で工作物３の縦方向の内壁３ｂを加工する状態を示す説明図で、アタッチメント７を使用する場合と使用しない場合とを比較している。図１１（Ａ）は、アタッチメント７が第１の方向に装着されたユニバーサルヘッド４で、工作物３を加工する場合を示している。アタッチメント７に装着された回転工具５は、回転駆動されている。
この場合には、ユニバーサルヘッド本体部６からアタッチメント７が突出し、その先端に回転工具５が装着されて水平方向を向いている。したがって、ユニバーサルヘッド本体部６が邪魔になることなく、回転工具５を工作物３の底面３ａのごく近くまで近付けることができる。
その結果、工作物３の内壁３ｂのうち、底面３ａのすぐ近くの場所（たとえば、底面３ａに近い距離ｄ＝９０mm）の内壁３ｂまで、回転工具５で加工することができる。このように、アタッチメント７を使用すれば、回転工具５により工作物３は広い加工可能領域で加工される。

これに対して、図１１（Ｂ）では、アタッチメント７が装着されていないユニバーサルヘッド４で工作物３を加工する場合を示している。アタッチメント７がないので、回転工具５は、ユニバーサルヘッド本体部６の揺動部３０に直接装着されて回転駆動されている。
この場合には、揺動部３０に装着された回転工具５は水平方向を向いている。したがって、回転工具５を工作物３に近付けると、ユニバーサルヘッド本体部６が邪魔になるので、回転工具５を工作物３の底面３ａにそれほど近付けることができない。
その結果、工作物３の内壁３ｂのうち、底面３ａから遠い場所（たとえば、底面３ａから遠い距離Ｈ＝２８０mm）の内壁３ｂまでしか、回転工具５で加工できない。このように、ユニバーサルヘッド４にアタッチメント７を取付けない場合には、回転工具５による工作物３の加工可能領域は狭くなってしまう。

図１２ないし図１７において、各図中（Ｂ）は、それぞれ各図中（Ａ）におけるＢ−Ｂ線矢視図であり、各図中（Ｃ）は、それぞれ各図中（Ａ）におけるＣ−Ｃ線矢視図である。
図１２，図１３では、アタッチメント７が、ユニバーサルヘッド本体部６の揺動部３０に対して第１の方向を向いて取付けられている。
図１２に示す加工状態は、上述の図１１（Ａ）に示す加工状態に相当している。すなわち、図１２は、揺動部３０を下方に向けて、アタッチメント７を水平に向けている状態を示している。
そして、回転工具５を、工作物３の底面３ａの近くまで下ろす。こうすれば、工作物３の内壁３ｂのうち、工作物３の底面３ａのすぐ近くの場所（たとえば、小さい距離ｄ＝９０mm）の内壁３ｂまで、回転工具５で加工することができる。
図１２中、一点鎖線による平行斜線部は、アタッチメント７を使用したときの加工可能領域Ｇ1を示している。アタッチメント７を使用しないときの加工可能領域は、底面３ａから遠い場所（たとえば、距離Ｈ＝２８０mm）の内壁３ｂまでしか加工できないので、狭かった。
これに対して、ユニバーサルヘッド４にアタッチメント７を取付ければ、工作物３の底面３ａのすぐ近くの場所（たとえば、距離ｄ＝９０mm）の内壁３ｂまで加工することができる。その結果、内壁３ｂにおける加工可能領域Ｇ1が、底面３ａの近くまで広くなっていることが分かる。

図１３では、アタッチメント７を上下方向に向け、回転工具５を下方に向けて工作物３の底面３ａを加工する場合を示している。これと比較するために、図１４では、アタッチメント７を使用しないで、回転工具５を下方に向けてユニバーサルヘッド本体部６に直接装着して（図１０（Ｃ）に示す状態）、工作物３の底面３ａを加工する場合を示している。
図１３，図１４中、一点鎖線による平行斜線部は、底面３ａにおける加工可能領域Ｇ2，Ｇ3をそれぞれ示している。
図１４に示すように、アタッチメント７を使用しないときは、内壁３ｂ、３ｃ，３ｄから遠い場所（たとえば、距離Ｄ1＝４２５mm，Ｄ2＝２８０mm）の底面３ａまでしか加工できない。その結果、底面３ａにおける加工可能領域Ｇ3は狭くなってしまう。
これに対して、図１３では、ユニバーサルヘッド４にアタッチメント７を取付けている。この場合には、回転工具５を工作物３の内方空間の隅のところまで近づけることができる。
したがって、工作物３の底面３ａのうち、内壁３ｂ，３ｃ，３ｄからごく近い距離の場所（たとえば、内壁に近い距離ｄ1＝１００mm）の底面３ａまで、回転工具５で加工することができる。その結果、底面３ａにおける加工可能領域Ｇ2が、内壁３ｂ，３ｃ，３ｄの近くまで広くなっていることが分かる。

図１５ないし図１７では、アタッチメント７が、ユニバーサルヘッド本体部６の揺動部３０に対して第２の方向を向いて取付けられている（図１０（Ｂ）に示す状態）。そして、ユニバーサルヘッド４を直交３軸方向に制御しながら、揺動部３０をＢ軸制御して揺動させている。
これにより、アタッチメント７と回転工具５が、揺動部３０の揺動中心軸線ＣＬ2を中心とする軌跡Ｅに沿って揺動する。その結果、回転工具５で工作物３の内壁３ｂを加工することができる。
図１７中、一点鎖線による平行斜線部は、図１５ないし図１７に示す加工を行なったときの、内壁３ｂにおける加工可能領域Ｇ4を示している。ユニバーサルヘッド４にアタッチメント７を取付けて、揺動部３０をＢ軸制御して揺動させる。こうすれば、工作物３の内壁３ｂを、底面３ａや他の内壁３ｃのすぐ近くの場所（たとえば、距離ｄ＝９０mm）まで加工することができる。
その結果、内壁３ｂにおける加工可能領域Ｇ4が、底面３ａや他の内壁３ｃの近くまで広がっていることが分かる。このように、回転工具５を工作物３に近づけて、内壁３ｂを広い加工可能領域Ｇ4で自在に加工することができる。
なお、内壁３ｂの加工を例にとって説明したが、他の内壁３ｃ，３ｄや底面３ａを加工する場合も同様に、広い加工可能領域で自在に加工することができる。

従来は、ユニバーサルヘッドが邪魔になって、回転工具５を工作物３にそれほど近づけることができなかった。これに対して、本発明のユニバーサルヘッド４では、回転工具５がアタッチメント７の先端部から突出している。
したがって、回転工具５を、その方向と位置を自在に調整しながら、工作物３に近づけて加工することができる。特に、工作物３の内方空間の隅の部分にまで回転工具５を近づけて良好に加工することができるので、加工可能領域が広くなる。

上述のユニバーサルヘッド４では、ユニバーサルヘッド本体部６の揺動部３０に設けられたアタッチメント駆動用モータ３２により、アタッチメント７に装着された回転工具５を回転駆動している。
回転工具５は、その向きと位置を自在に変化させて、工作物３を加工することができる。したがって、ユニバーサルヘッド４を、ヘッド支持部１０から取外して別の専用アタッチメントなどに交換する必要はない。
その結果、ヘッド支持部１０に対するユニバーサルヘッド４の取外し，取付けの作業や、従来使用していた専用アタッチメントの取外し，取付けの作業などが不要になる。よって、作業者の負担が軽減するとともに、これら段取り替え作業に要する時間も省略できる。

本発明では、従来各種加工の種類に応じてそれぞれ在庫する必要があった多種類の専用アタッチメントやこれを交換するための交換装置が不要になる。その結果、ヘッド支持部１０には、ユニバーサルヘッド４を取付けたままでよい。
このように、本発明では専用アタッチメントを使用しないので、この専用アタッチメントの回転工具を駆動するための駆動源をヘッド支持部１０に設けなくてもよい。
したがって、ヘッド支持部１０は、主軸や、主軸を回転させるための駆動用モータや、専用アタッチメントをクランプするためのクランプ機構などを備える必要がない。よって、ヘッド支持部１０は、主軸頭としての機能を備えなくてもよいので、ヘッド支持部１０の構成が簡素になる。

従来の専用アタッチメントと比べて、本発明のアタッチメント７は小型，軽量である。したがって、ユニバーサルヘッド本体部６に対するアタッチメント７の取外し，取付け作業が容易である。
ユニバーサルヘッド４がアタッチメント７を有している。その結果、アタッチメント７に装着された回転工具５は、直交３軸方向の制御とＣ軸制御とＢ軸制御とによりその方向と位置を自在に変化させることができる。そして、工作物３に対する各種加工を任意に行なうことができる。たとえば、ユニバーサルヘッド４をＣ軸制御，Ｂ軸制御して、回転工具５を曲線の軌跡にしたがって移動させれば、任意の曲面加工も可能である。

ユニバーサルヘッド本体部６に支持されている揺動部３０は、Ｂ軸駆動用モータ（図示せず）に駆動されてＢ軸回りに揺動する。この場合、Ｂ軸駆動用モータを、揺動部３０の両側（たとえば、図６における揺動部３０の左側と右側）に一台ずつ配置して、ユニバーサルヘッド本体部６に内蔵するのが好ましい。こうすれば、揺動部３０は、両側からＢ軸駆動用モータにより駆動されるので、Ｂ軸回りの揺動動作が安定し且つスムーズになる。
なお、揺動部３０の片側のみ（たとえば、図６における揺動部３０の左側のみ、または右側のみ）にＢ軸駆動用モータを一台配置して、揺動部３０を揺動させる場合であってもよい。
また、二台または一台のＢ軸駆動用モータに、揺動部３０の揺動軸（図示せず）を直結すれば、モータの駆動力が伝達されるときの損失がなくなるので好ましい。この揺動軸は、揺動中心軸線ＣＬ2を中心として水平方向を向いている。なお、Ｂ軸駆動用モータと揺動部３０の揺動軸を、直結構造にせず、歯車などを含む動力伝達機構を介して連結してもよい。
さらに、揺動部３０の揺動軸は、ユニバーサルヘッド本体部６に対して両持ち構造で支持されている場合を示しているが、片持ち構造で支持されている場合でもよい。

なお、より高い剛性での加工を行なう必要がある場合には、ユニバーサルヘッド支持部に回転駆動用モータなど駆動源と、この駆動源により回転する主軸と、クランプ機構とを内蔵してもよい。そして、ユニバーサルヘッド４を着脱可能にする。
この場合、ユニバーサルヘッド４を使用しないときには、ユニバーサルヘッド支持部（主軸頭）の主軸に回転工具など工具を直接装着してクランプ機構でクランプできるようにするのがよい。ユニバーサルヘッド支持部が、主軸などを有するので主軸頭としての機能を発揮することになる。

以上、本発明の一実施例を説明したが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲で種々の変形，付加などが可能である。
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

本発明のユニバーサルヘッドは、門形マシニングセンタなど立形マシニングセンタのほかに、横形マシニングセンタ，複合加工機，ターニングセンタ，研削盤などに適用可能である。

図１ないし図１７は本発明の一実施例を示す図で、図１は、門形マシニングセンタの全体斜視図である。 門形マシニングセンタの全体正面図である。 門形マシニングセンタの全体側面図である。 ユニバーサルヘッドの内部構造図である。 ユニバーサルヘッドの斜視図である。 ユニバーサルヘッドの正面図である。 ユニバーサルヘッドの側面図である。 回転工具を下方に向けたときのユニバーサルヘッドの側面図である。 回転工具を下方に向けたときのユニバーサルヘッドの背面図である。 ユニバーサルヘッドの一部を示す外観図である。 ユニバーサルヘッドで工作物を加工する状態を示す説明図で、アタッチメント７を使用する場合と使用しない場合とを比較している。 ユニバーサルヘッドにアタッチメントを取付けて工作物を加工する状態を示す説明図で、回転工具が水平方向を向いている。 ユニバーサルヘッドにアタッチメントを取付けて工作物を加工する状態を示す説明図で、回転工具が下方を向いている。 アタッチメントを使用しないで工作物を加工する状態を示す説明図である。 ユニバーサルヘッドにアタッチメントを取付けて工作物を加工する状態を示す説明図で、図１５ないし図１７で一連の動作を示している。 ユニバーサルヘッドにアタッチメントを取付けて工作物を加工する状態を示す説明図である。 ユニバーサルヘッドにアタッチメントを取付けて工作物を加工する状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 門形マシニングセンタ（工作機械）
３ 工作物
４ ユニバーサルヘッド
５ 回転工具
６ ユニバーサルヘッド本体部
７ アタッチメント
１０ ユニバーサルヘッド支持部
３０ 揺動部
３１ 他の種類の工具
３２ アタッチメント駆動用モータ
３３ 動力伝達機構
３４ アタッチメント軸
ＣＬ3 第１の中心軸線
ＣＬ4 第２の中心軸線
ＣＬ5 第３の中心軸線
ＣＬ6 第４の中心軸線

Claims (8)

1. 工作機械に設けられ、工具の向きを自在に変化させて工作物を加工するためのユニバーサルヘッドであって、
   揺動動作可能な揺動部を有して旋回動作可能に前記工作機械のユニバーサルヘッド支持部に取付けられるユニバーサルヘッド本体部と、
   前記揺動部に着脱可能に取付けられるとともに回転工具が着脱可能に装着され、前記揺動部のアタッチメント駆動用モータにより前記回転工具が回転駆動されるアタッチメントとを備えたことを特徴とするユニバーサルヘッド。
2. 前記アタッチメントが前記揺動部に取付けられた状態で、この揺動部の第１の中心軸線と、動力伝達機構を介して前記回転工具を回転させるアタッチメント軸の第２の中心軸線とが直交していることを特徴とする請求項１に記載のユニバーサルヘッド。
3. 前記アタッチメントが取付けられた前記揺動部の前記第１の中心軸線が、前記ユニバーサルヘッド本体部の第３の中心軸線に対して直交する方向を向いている状態で、前記アタッチメントに装着された前記回転工具の第４の中心軸線は、前記ユニバーサルヘッド本体部の前記第３の中心軸線に対して隔たりをもって平行であることを特徴とする請求項２に記載のユニバーサルヘッド。
4. 前記工作機械は門形マシニングセンタであり、前記揺動部を水平方向に向けた状態で、前記アタッチメントに装着された前記回転工具は、上下方向を向く前記ユニバーサルヘッド本体部の前記第３の中心軸線に対して隔たりをもって下方を向くことを特徴とする請求項３に記載のユニバーサルヘッド。
5. 前記アタッチメントは、前記ユニバーサルヘッド本体部に対して少なくとも９０度異なる少なくとも二種類の方向に取付け可能になっていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの項に記載のユニバーサルヘッド。
6. 前記ユニバーサルヘッド本体部から前記アタッチメントを取外して、その代わりに他の種類の工具または前記回転工具を、前記ユニバーサルヘッド本体部に直接装着することができるようになっていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかの項に記載のユニバーサルヘッド。
7. 請求項１ないし６のいずれかの項に記載の前記ユニバーサルヘッドを有する工作機械。
8. 前記工作機械は門形マシニングセンタであることを特徴とする請求項７に記載のユニバーサルヘッドを有する工作機械。

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