JP2011011285A - 旋回型回転工具ヘッドのケーブル接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】工作機械の刃物台と当該刃物台に搭載された旋回型工具ヘッドとの間で、ビルトインモータの電源ケーブルをコンパクトに配線する技術手段を提案する。
【解決手段】旋回型工具ヘッドに搭載された工具駆動モータの電源ケーブルを、旋回接続具で中継して当該電源ケーブルと異なる種類の電気ケーブルに接続替えし、当該電気ケーブルを前記工具ヘッドを搭載している刃物台に固定の移動接続具に接続し、更に刃物台の移動接続具からケーブルベアで屈曲半径を規制した電気ケーブルで当該刃物台を支持している架台に接続する。旋回接続具は、刃物台の反工具ヘッド側に形成された空間へと延びる保護部材で支持されている。旋回接続具と刃物台に固定の移動接続具とを接続する電気ケーブルは、捻れを許容したケーブルである。
【選択図】図２

Description

この発明は、旋回型の回転工具ヘッド、特にビルトインモータを備えた旋回型回転工具ヘッドへの電気ケーブルの接続構造に関するものである。

工具ヘッドや刃物台を小型化すれば、工作機械の小型化が図れるばかりでなく、ワークに対する工具の接近性を向上させることができ、かつ工具の移動ストロークや旋回角も大きくすることができるようになるので、加工可能なワークの種類を多くすることができる。フライスやドリルなどの回転工具を装着する回転工具軸を備えた工具ヘッドには、当該回転工具軸を駆動するための駆動モータが搭載される。この駆動モータをビルトイン型の駆動モータ、すなわちモータのロータ軸が工具軸となっているモータを採用することにより、工具ヘッドを大幅に小型化することができる。特に旋回型の回転工具ヘッド、すなわちその工具軸の方向を旋回軸回りに振ることができるようにした工具ヘッドでは、工具ヘッドを小型化する利益が大きい。

工具駆動モータには、電源ケーブルや制御ケーブルなど複数の電気ケーブルの配線が必要である。また、工具に切削液を供給する切削液ホースやモータのエアパージ用、あるいは切粉除去用のエアホースなども工具ヘッドに接続しなければならない。工具軸を駆動するビルトインモータは、高トルクが要求され、従ってその電源ケーブルは、大電流を流すための太い電線と頑丈な絶縁被覆を備えており、配線する際の屈曲部の曲率が制限されていたり、捻りが禁止されていたりする。

固定の部材と往復移動する部材との間に電気ケーブルを配線する場合、配線するケーブルの屈曲方向と曲率を規定すると共に、当該ケーブルを保護するケーブルベアと呼ばれるケーブル保護具が広く用いられている。ケーブルベアは、図５に示すように、移動端５６が固定端５７に対して直線移動するとき、一定の曲率半径ｒでＪ形からＵ形を経て逆Ｊ形に変形するもので、固定端５７を固定した部材と移動端５６を固定した部材との間に配線されるケーブルをこのケーブルベア５５に沿わせるか、あるいはケーブルベアの保護筒内に収容して、ケーブルの屈曲方向と曲率を規定する。

移動又は固定の架台に対して直線往復移動自在に設けた刃物台に旋回自在に回転工具ヘッドを設けたとき、当該工具ヘッドのビルトインモータに接続される電源ケーブルは、図５に示したようなケーブルベア５５を用いた構造で、架台から刃物台へ配線された後、刃物台から当該刃物台に対して旋回する工具ヘッドのビルトインモータに配線しなければならない。刃物台とビルトインモータの間の電源ケーブルの配線構造として、旋回に伴う捻れを曲げに変換してケーブルベアで保護するという構造が多く採用されている。これは図６に示すように、固定端５７と旋回端５９とを、その旋回中心軸３３と直交する面内でＵ字状に屈曲したケーブルベア５５で繋ぎ、旋回端５９が旋回したときに、ケーブルベア５５が渦巻状に巻き込まれるようにし、当該ケーブルベア５５に電源ケーブルを沿わせるという構造である。

図４は、図６に示す原理の配線構造を備えた旋回型回転工具ヘッドの例を示す斜視図で、図の矢印Ｘ軸方向に移動する刃物台３１に当該Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向の旋回軸回りに旋回位置決めされるビルトインモータ内蔵型の工具ヘッド２を備えている。図の構造では、刃物台３１に工具ヘッド２の反刃物台側まで延びるケーブルダクト６５を設け、ケーブルベア５５の固定端５７をダクト６５に固定し、旋回端５９を工具ヘッド２に固定して、両者の間でＵ字状に屈曲したケーブルベア５５のダクト６５に電源ケーブルを挿通して、刃物台３１と工具ヘッド２との間の電源ケーブル配線を行っている。なお、図４の符号６６は、工具ヘッド２に軸支された工具軸の工具装着端である。

特開２００８−６２３５６号公報

前述したように、高トルクが要求されるビルトイン型の工具駆動モータの電源ケーブルは、太くかつ許容される曲率も小さい。そのため、図４、６に示すような配線構造では、ビルトインモータを使用して工具ヘッド２を小型化してもその配線の収納部６５が大型になり、工具ヘッド２を小型化した効果が相殺されてしまう。特許文献１には、刃物台の反工具ヘッド側でケーブルベア５５を用いた刃物台と旋回型工具ヘッドとの間の電源ケーブルの配線構造が提案されているが、工具ヘッドの旋回に伴ってケーブルベア及びこれに添設されたケーブルが大きく振られる構造であり、刃物台を支持する架台を小型化することについての障害となるおそれがあり、よりコンパクトな配線構造が求められている。

この発明は、刃物台と当該刃物台に搭載されたビルトインモータを備えた旋回型工具ヘッドとの間で、ビルトインモータの電源ケーブルをコンパクトに配線する技術手段を提案しようとするものである。

この発明の配線構造は、刃物台３１に当該刃物台の移動方向と直交する軸回りに旋回位置決めされる旋回型工具ヘッド２を備えた工作機械における当該工具ヘッド２に搭載された工具駆動モータ３６の電源ケーブルその他のケーブル類の配線構造であって、前記刃物台３１を移動自在に支持している架台（実施例のＹ移動台）２６が当該刃物台の反工具ヘッド側の部分に空間５２を備えている構造の工作機械に適用されるケーブル類の配線構造である。

この発明では、旋回型工具ヘッド２に搭載された工具駆動モータ３６の電源ケーブル３９を、旋回接続具４２で中継して当該電源ケーブルと異なる種類の電気ケーブル４３に接続替えし、当該電気ケーブル４３を前記工具ヘッド２を搭載している刃物台３１に固定の移動接続具５４に接続し、更に刃物台３１の移動接続具５４からケーブルベア５５で屈曲半径を規制した電気ケーブル４４で当該刃物台３１を支持している架台２６に接続する構造を採用している。

旋回接続具４２は、工具ヘッド２に固定されて刃物台３１を反工具ヘッド側へと貫通し、当該刃物台の反工具ヘッド側に形成された空間５２へと延びる保護部材４１で支持されている。保護部材４１は、基端を工具ヘッド２の旋回中心に固定してその旋回中心軸３３上で前記空間５２へと延びる剛性の保護パイプとし、電源ケーブル３９は当該保護パイプ４１を通して旋回接続具４２に接続する構造にできる。旋回接続具４２は、工具ヘッド２と一体になって刃物台３１の移動と共に移動し、工具ヘッド２の旋回に従って旋回する。

旋回接続具４２と刃物台３１に固定の移動接続具５４とを接続する電気ケーブル４３は、捻れを許容したケーブルである。通常のビルトインモータ３６に設けられている捻れが許容されない電源ケーブル３９は、旋回接続具４２で捻れが許容された電気ケーブル４３に繋ぎ換えられる。移動接続具５４に導かれたケーブルは、刃物台３１に固定した支持フレーム５３の移動端５６と架台２６に固定した支持フレーム２７の固定端５７との間で、ケーブルベア５５を用いた従来構造の直線移動部材間の配線構造で架台２６へと接続される。旋回接続具４２と移動接続具５４との間の電気ケーブル４３は、振れ回りなどの伴わない捻れだけの動きなので、配線に沿ってケーブルベアなどを設ける必要はない。

この発明によれば、刃物台に搭載した旋回する工具ヘッドへの工具軸駆動モータの電源ケーブルを始めとするケーブル類の配線を小さな配線スペースで実現することができ、工具ヘッド２と共に旋回する旋回接続具４２と刃物台３１と共に移動するが旋回はしない移動接続具５４との間のケーブル類には、捻れ変形のみが作用し、また、刃物台３１と架台２６との間のケーブル類には、一方向の単純な曲げ変形のみが作用するので、それぞれの箇所に最適な構造ないし材質及び太さのケーブル類を用いることができ、コンパクトで、かつケーブル類にストレスを与えないケーブル配線が実現できる。

そして、この発明では工具ヘッド側にケーブルの配線スペースを設けなくてよいので、工具駆動モータとしてビルトインモータを使用することにより、工具ヘッドの小型化を図ることができ、旋回型回転工具ヘッドの工具軸に装着した回転工具のワークへの接近性及び可動範囲を改善できるという効果がある。

この発明のケーブル配線構造を備えた複合旋盤の一例を示す側面図 図１の複合旋盤の旋回型工具ヘッドを支持する刃物台及びＹ移動台の断面図 図２の正面図 従来構造のケーブル配線構造を備えた先回工具ヘッドとその刃物台の一例を示す斜視図 ケーブルベアによるケーブル類の平行移動ガイドの模式図 ケーブルベアによるケーブル類の旋回移動ガイドの模式図

以下、この発明のケーブル配線構造を備えた複合旋盤を示す図面を参照して、この発明のケーブル配線構造及び当該構造を採用するのに好ましい構造の工作機械について説明する。

図に示した複合旋盤のベッド１は、略水平な上面１１と、略垂直な前面（オペレータに向く面）１２とを備えている。ベッド上面には、Ｚ軸方向（主軸軸線方向）のＺガイド２１、２１及びＺ送りねじ２２が、図１の紙面直角方向に互いに平行に配置されている。Ｚガイド２１、２１には、矩形板状のＺ移動台２３がＺ送りねじ２２に螺合して設けられている。このＺ移動台２３の上面には、Ｙ軸方向（主軸方向及び工具の切り込み方向と直行する方向）のＹガイド２４とＹ送りねじ（図示されていない）とが図１の左右方向に互いに平行に設けられている。図には、Ｙ送りねじを駆動するＹ送りモータ２５が示されている。

Ｙガイド２４には、オペレータ側から見て縦長の矩形枠状で、側面視でオペレータ側が垂直な片台形形のＹ移動台２６が搭載され、前記図示されていないＹ送りねじに螺合している。Ｙ移動台２６のオペレータから見て左右の壁部分の前縁には、それぞれ１本ずつのＸ軸方向（工具の切り込み方向。図の複合旋盤では垂直方向）のＸガイド２８が固定され、両ガイドの一方の近い側の位置にＸ送りねじ２９がＸガイド２８と平行に設けられている。

Ｘガイド２８には、刃物台３１がＸ送りねじ２９に螺合して、Ｘ軸方向（上下方向）に移動位置決め自在に搭載されている。そして、この刃物台３１に中立位置で下向きの回転工具軸３２を備えた工具ヘッド２が、Ｙ軸方向の旋回中心軸３３回りに所定角度旋回可能に搭載されている。工具ヘッド２は、刃物台３１に搭載したサーボモータ３４で旋回位置決めされる。工具ヘッド２には、ビルトインモータ３６が内蔵され、そのロータ軸が工具軸３２となっている。

ビルトインモータ３６のモータハウジングとなっている工具ヘッド２から刃物台側に、旋回軸部３５が延び、この旋回軸部３５が刃物台側の軸受３８、３８で回動自在に支持されている。旋回軸部３５の先端（刃物台側の端部）には、剛体の杆材からなるケーブル保護パイプ４１の基端が固定され、当該保護パイプの先端に旋回接続具となる旋回配線ボックス４２が固定されている。この旋回配線ボックスは、内部にビルトインモータ３６の電源ケーブルのコネクタを備えている。

一方、刃物台３１には、正面視でＹ移動台２６の左側（図３参照）の位置に、図３の背後側に延びる支持フレーム５３が固定されている。この支持フレームに、移動接続具となる移動配線ボックス５４が固定されている。

ビルトインモータ３６の電源ケーブルを始めとする工具ヘッド２側のケーブル類（電気ケーブルとエアホース）は、旋回軸部３５の中空孔及びケーブル保護パイプ４１の中空孔を通って、旋回配線ボックス４２に導かれている。捻りが許容されないケーブル類は、この旋回配線ボックス４２内のコネクタを介して、それぞれ捻りが許容される１本又は複数本のケーブル類に接続替えされた上で、それらの総てのケーブル類が旋回配線ボックス４２と移動配線ボックス５４との間に装架された軟質の保護カバー５８内を通って移動配線ボックス５４へと導かれている。

一方、工具軸３２に装着される回転工具のクランプアンクランプを行う油圧配管６１は、刃物台３１に固定された支持フレーム５３から刃物台３１へと導かれ、刃物台３１と旋回軸部３５との間に設けた回転継手を通して工具ヘッド２へと導かれている。

そして、これらの油圧配管６１及び移動配線ボックス５４に導かれたケーブル類（図の例では９本で、２本の空気パイプが含まれている。）は、（反対でないか）支持フレーム５３に固定した前記ケーブルベアの移動端５６の位置へと導かれ、当該ケーブルベアに添設した状態で、Ｙ移動台２６に固定した支持フレーム２７の固定端５７へと配線されている。

刃物台３１の上下動は、ケーブルベア５５の移動端５６を上下動させ、このケーブルベアに沿って配線されたケーブル類は、ケーブルベアの図５に示す直線移動の変形によって保護されて移動する。刃物台３１と工具ヘッド２とは、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の位置関係は変わらず、従って、旋回配線ボックス４２と移動配線ボックス５４間のケーブル類には、捻れが作用するのみであり、この部分には、捻れが許容されるケーブル類を用いているため、工具ヘッド２の旋回動作が妨げられることがなく、また、工具ヘッド２の旋回に伴うケーブル類４３の振れ回りも生じない。

なお、図の工作機械は、主軸１３の下方にタレット刃物台１４を備えている。このタレット刃物台は、ベッド１の前面１２に設けたＺ軸方向のガイド１５、１５及び同方向の送りねじ１６で、Ｚ軸方向に移動位置決めされるＺ軸方向の移動台１７に、図示されていないガイド及び送りねじにより、Ｘ軸方向（上下方向）に移動位置決め自在に装着されている。

２ 旋回型工具ヘッド
２６ 架台（Ｙ移動台）
２７ 架台に固定した支持フレーム
３１ 刃物台
３６ 工具駆動モータ
３９ 電源ケーブル
４１ 保護部材（保護パイプ）
４２ 旋回接続具
４３ 捻れを許容した電気ケーブル
５３ 刃物台に固定した支持フレーム
５４ 移動接続具
５５ ケーブルベア
５６ 移動端
５７ 固定端

Claims (2)

1. 架台に移動位置決め自在に搭載された刃物台と、当該刃物台の移動方向と直交する軸線回りに旋回位置決め自在にして当該刃物台に搭載された工具ヘッドとを備え、当該工具ヘッドに軸支された回転工具軸を駆動するモータが当該工具ヘッドに搭載されている、旋回工具軸を備えた工作機械において、
   前記工具ヘッドに固定されて前記刃物台を貫通して前記架台に形成された空間内へと延びる捻れ剛性を備えた保護部材と、この保護部材の先端に固定された旋回接続具と、前記刃物台と共に前記移動する移動接続具とを備え、前記モータの電源ケーブルが、当該モータから前記旋回接続具に接続され、当該旋回接続具から前記電源ケーブルと異なる種類の電気ケーブルで前記移動接続具に接続され、当該移動接続具から第２の電気ケーブルで前記架台に接続されている、旋回型回転工具ヘッドのケーブル接続構造。
2. 前記保護部材が前記電源ケーブルを挿通した保護パイプであり、当該保護パイプの基端が前記工具ヘッドの旋回中心に固定され、前記第２の電気ケーブルがケーブルベアで屈曲部の曲率を規制されて前記架台に接続されている、請求項１記載のケーブル接続構造。

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