JP2013013984A - 工作機械及びそれを用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成でありながらコンタリング加工を行うことが可能な工作機械を提供する。
【解決手段】多軸ヘッド１４には、複数個の工具１２が設けられる。全ての工具１２は、回転シリンダのピストンロッド２８からギアトレイン３０を介して伝達された回転駆動力によって回転動作（自転運動）する。また、ピストンロッド２８の先端に形成された第１スプライン４４が第３従動軸７０の中空軸部７２に進入して第２スプライン７４に噛合すると、工具１２を挿入した偏心スピンドル３２に対し、ベルトドライブ６２を介して回転駆動力が伝達される。その結果として偏心スピンドル３２が回転動作し、これに伴って、工具１２が、その軌跡が円形状となるように変位（公転動作）する。すなわち、工具１２は、自転運動作及び公転運動を同時に行うことでコンタリング動作を営むに至る。
【選択図】図２

Description

本発明は、多軸ヘッドに設けられた複数個の工具によってワークに加工を施す工作機械及びそれを用いた加工方法に関する。

車両に搭載されるエンジンのシリンダブロックやミッションケース等をはじめとする各種の構造部材は、例えば、複数個の工具を配設した多軸ヘッド（ギャングヘッドとも称呼される）を備える工作機械を用い、ワークに対する機械加工を施すことで作製される。この種の工作機械は、特許文献１の図６にも示されるように、多軸ヘッドと、ワークを保持するワーク保持盤とを有し、通常、多軸ヘッドにガイドバーが設けられるとともに、ワーク保持盤にガイドブッシュが設けられる。

ワークに機械加工を施す際には、例えば、多軸ヘッドをワーク保持盤に接近させる。この接近の際に前記ガイドバーが前記ガイドブッシュに進入して係合するので、多軸ヘッドは、ガイドバー及びガイドブッシュに案内されながらワーク保持盤にさらに接近する。そして、多軸ヘッドとワーク保持盤との間が所定の距離となると、予め回転動作された工具によってワークに機械加工が施される。

ここで、ワークに対してネジ穴を形成したいときには、図１０Ａ、図１０Ｂに示すように、下穴形成加工とタップ加工が行われる。すなわち、先ず、図１０Ａに示すドリル１を回転動作させながらワーク２に埋入させ、下穴形成加工を行う。その結果、図１０Ｂに示すように下穴３が形成される。

次に、該下穴３に対してネジ切りタップ４を進入させる。これによりタップ加工が行われ、図１０Ｃに示すように、下穴３の側壁にネジ部５が形成される。すなわち、下穴３がネジ穴６となる。

最後に、図１０Ｃに示す面取り具７によって、ネジ穴６の開口に対して面取り加工を行い、面取り部８を形成する。この工程をもって、ネジ穴形成加工が終了する。

以上の説明から諒解されるように、１個のネジ穴６を形成するためには、少なくとも３種類の工具が必要となる。すなわち、多数の工具を用意しなければならない。従って、特に、工作機械によって複数個のネジ穴６を同時に形成しようとする場合には、設備投資が顕著に高騰する。

しかも、この場合、ドリル１を取り付けた多軸ヘッドを使用した後、ネジ切りタップ４を取り付けた多軸ヘッドに交換し、さらに、面取り具７を取り付けた多軸ヘッドに交換しなければならない。すなわち、少なくとも３個の多軸ヘッドが必要である。このことも、設備投資を高騰させる一因となる。

さらに、多軸ヘッドを交換するために所定の時間が必要であるので、ネジ穴形成加工を開始してから終了するまでのサイクルタイムを短くすること、換言すれば、ネジ穴を効率よく形成することが容易ではない。

このような不具合を回避するべく、本出願人は、特許文献２において、穿孔加工、タップ加工及び面取り加工の全てを実施することが可能なネジ切り工具を提案している。このネジ切り工具によれば、特許文献２の図１０及び図１１に示されるように、該ネジ切り工具をワークに埋入させる前進動作時に下穴形成加工を行うとともに、該ネジ切り工具をワークから離脱させる後退動作時にタップ加工及び面取り加工を行うことが可能である。

ここで、特許文献２の図１０（ｃ）に示されるように、下穴の側壁にネジ部を形成するためには、ネジ切り工具の回転中心を下穴の中心軸線からオフセットさせた状態で回転させる必要がある。これを実現するべく工具をコンタリング動作させることが想起されるが、このためには、多軸ヘッドをコンタリング動作させる必要がある。

しかしながら、一般的な工作機械は、ワーク保持盤に対して多軸ヘッドが前進又は後退する（又は、多軸ヘッドに対してワーク保持盤が前進又は後退する）ことのみが可能なように構成されているため、工具もワークに対して前進又は後退することのみが可能である。すなわち、通常、工作機械は、プランジング加工を行うことのみが可能なように構成されており、コンタリング加工を行うようには構成されていない。

また、精密なネジ穴を形成するためには、相当な重量物であり且つ形状が大なる多軸ヘッドを高精度に制御しながらコンタリング動作させる必要があるが、このような高精度の制御を行うこと自体、容易ではない。

特許文献３には、工具が偏心した状態で回転することが可能な多軸ヘッドを有する工作機械が開示されている。これは、第１の回転駆動手段によって工具を自転させるとともに第２の回転駆動手段によって工具を公転させ、これにより工具を偏心させた状態で回転させる（すなわち、コンタリング動作させる）ものである。

この工作機械によれば、工具のみがコンタリング動作を行うので、工具を交換することなく穿孔加工に引き続いてタップ加工を行うことが可能となるとも推察される。

特開平７−１６４２２２号公報 特許第３８３１１６７号公報 特開平５−５７５１３号公報

特許文献３記載の技術では、工具を回転動作（自転運動）させるためのモータと、該工具を公転動作させるためのモータとを別個に多軸ヘッドに設けるようにしている。すなわち、この場合、工具をコンタリング動作させるために２個のモータが必要となる。従って、工作機械の構成が複雑化するとともに、そもそも相当の重量物である多軸ヘッドのさらなる重量増を招いてしまうという不具合が惹起される。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、簡素な構成でコンタリング加工を行うことが可能な工作機械及びそれを用いた加工方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、工具が設けられた多軸ヘッドと、前記工具によって加工が施されるワークを保持するワーク保持盤とを備える工作機械であって、
回転駆動手段と、
前記回転駆動手段の回転駆動力を前記工具に伝達する第１回転駆動力伝達機構と、
前記工具を挿入した偏心スピンドルと、
前記回転駆動手段の回転駆動力を前記偏心スピンドルに伝達する第２回転駆動力伝達機構と、
前記多軸ヘッドと前記ワーク保持盤を相対的に接近又は離間するための変位機構と、
を備え、
前記回転駆動手段の回転駆動力伝達軸は、その軸線方向に沿って変位することで前記第２回転駆動力伝達機構に対して結合又は分離することを特徴とする。

この構成において、第２回転駆動力伝達機構から分離した状態の回転駆動力伝達軸が回転駆動手段の作用下に回転動作を開始すると、その回転駆動力が第１回転駆動力伝達機構を介して工具に伝達され、その結果、工具が回転動作（自転運動）を開始する。

この状態から、回転駆動力伝達軸が第２回転駆動力伝達機構に対して結合すると、その回転駆動力が第２回転駆動力伝達機構を介して偏心スピンドルに伝達される。すなわち、偏心スピンドルが回転する。これに伴い、該偏心スピンドルに挿入された工具が、その軌跡が円形状となるように変位する。すなわち、公転運動する。

以上のようにして工具が自転運動をしながら公転運動を行うことにより、該工具がコンタリング動作を営むことになる。このため、工具を交換することなくコンタリング加工を実施することが可能となる。

勿論、回転駆動力伝達軸を第２回転駆動力伝達機構に対して結合しない場合には、偏心スピンドルが回転することはない。従って、このときには、工具は自転運動のみを行う。従って、コンタリング加工ではなくプランジング加工が実施される。

要するに、本発明に係る工作機械によれば、１種類の工具でプランジング加工とコンタリング加工を選択的に実施することが可能である。しかも、コンタリング加工を行うには、一般的な工作機械において工具を挿入したスピンドルを偏心スピンドルに代替し、且つ、工具を回転動作させるための回転駆動手段の回転駆動力を偏心スピンドルに伝達する第２回転駆動力伝達機構を設ければよい。このため、工具を自転運動させるための回転駆動手段と、工具を公転運動させるための回転駆動手段とを別個に設ける必要がないので、構成が複雑になることが回避される。

そして、１種類の工具でプランジング加工とコンタリング加工を実施し得るので、プランジング加工を行う工具から、コンタリング加工を行う工具に交換する必要がない。従って、多種類且つ多数の工具を用意する必要もない。その上、プランジング加工を行う工具が設けられた多軸ヘッドを、コンタリング加工を行う工具が設けられた多軸ヘッドに交換する必要もない。このため、多軸ヘッドの個数を低減することもできる。以上のような理由から、設備投資が低廉化する。

また、上記したように多軸ヘッドを交換する必要が特にないので、多軸ヘッドの交換作業に要していた分だけ、加工を開始してから終了するまでの時間を短縮することができる。すなわち、加工を効率よく遂行することができる。

コンタリング加工は、例えば、多軸ヘッドがワーク保持盤に対して相対的に離間するときに実施することができる。すなわち、工具が自転運動している間、第２回転駆動力伝達機構に対して回転駆動力伝達軸を結合する。これにより、上記したようにして工具が公転運動し、コンタリング動作を行う。

一方、多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するときには、上記と同様にコンタリング加工を施すようにしてもよいが、プランジング加工を施すようにしてもよい。なお、この場合、第２回転駆動力伝達機構に対して回転駆動力伝達軸を分離した状態とすればよい。このときには偏心スピンドルが停止したままであるので、工具が公転運動することはない。

多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するときにプランジング加工を行い、且つ相対的に離間するときにコンタリング加工を行う好適な一例としては、ネジ穴形成加工が挙げられる。すなわち、プランジング加工によってワークに対して下穴を形成した後、前記多軸ヘッドを公転運動させて前記工具をコンタリング動作させながら下穴から離脱する方向に変位させる。これにより、前記下穴の側壁に対してネジ部が螺刻される。

また、本発明は、多軸ヘッドに設けられ且つ偏心スピンドルに挿入された工具によって、ワーク保持盤に保持されたワークに対して加工を施す、工作機械を用いた加工方法であって、
前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するとき、回転駆動手段から第１回転駆動力伝達機構を介して前記工具に回転駆動力を伝達して該工具を回転動作させ、この状態で、前記工具によって前記ワークに対して第１の加工を施す工程と、
前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に離間するとき、前記回転駆動手段の回転駆動力伝達軸を第２回転駆動力伝達機構に結合することで前記偏心スピンドルを回転させることにより、前記工具にコンタリング動作を営ませながら、前記工具によって前記ワークに対して第２の加工であるコンタリング加工を施す工程と、
を有することを特徴とする。

このように、本発明によれば、下加工（第１の加工）と、コンタリング加工による本加工（第２の加工）とを、工具が一往復する間に実施することができる。しかも、第１の加工及び第２の加工の双方を同一の工具で実施することができるので、多種類・多数の工具を用意する必要も、相違する工具が取り付けられた多軸ヘッドを用意する必要もない。従って、設備投資を低廉化しながら、加工を効率よく遂行することができる。

第１の加工は、第２の加工と同様にコンタリング加工であってもよいが、プランジング加工を行うようにしてもよい。この場合、多軸ヘッドがワーク保持盤に対して相対的に接近する際に第１案内用係合部材と第２案内用係合部材とが互いに係合しても、偏心スピンドルを回転動作させなければよい。

このように、多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するときにプランジング加工を行い、且つ相対的に離間するときにコンタリング加工を行う好適な一例としては、上記したネジ穴形成加工が挙げられる。

本発明においては、回転駆動手段の回転駆動力を、第１回転駆動力伝達機構を介して工具に伝達して該工具を回転動作させるとともに、前記回転駆動手段の回転駆動力伝達軸を、第２回転駆動力伝達機構に対して分離又は結合可能に工作機械を構成するようにしている。前記回転駆動力伝達軸が前記第２回転駆動力伝達機構に結合されたときには、前記工具を挿入した偏心スピンドルが回転動作するので、前記工具は、自転運動に加えて公転運動を行う。すなわち、コンタリング動作を営む。

このため、本発明によれば、コンタリング加工を実施することが可能となる。この場合、工具を自転運動させるための回転駆動手段と、工具を公転運動させるための回転駆動手段とを別個に設ける必要がないので、構成が複雑になることが回避される。すなわち、簡素な構成でありながら、１種類の工具でプランジング加工とコンタリング加工とを選択的に実施することができる。

このため、多種類・多数の工具を用意する必要や、相違する工具を取り付けた多軸ヘッドを用意する必要がない。従って、設備投資が低廉化する。

また、多軸ヘッドを交換する必要がないので、その分、加工を開始してから終了するまでのサイクルタイムを短縮することができ、結局、加工を効率よく遂行することができる。

本発明の実施の形態に係る工作機械の要部概略斜視図である。 図１の工作機械を構成する多軸ヘッドの要部概略縦断面図である。 図１の多軸ヘッドにおける工具近傍の要部概略拡大斜視図である。 本実施の形態において工具として用いられるネジ切り工具の側面図である。 図２のネジ切り工具の正面図である。 図６Ａ及び図６Ｂは、図２に示す工具を用いたプランジング加工によって下穴を形成するまでの過程を示した一部縦断面正面図であり、図６Ｃは、工具がコンタリング動作を営み始めた（ネジ部形成を開始した）状態を示した一部縦断面正面図である。 図２に示すピストンロッドがベルトドライブに結合した状態を示す要部概略縦断面図である。 偏心スピンドルが偏心した状態で回転動作する過程を模式的に示した模式正面図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、図２に示す工具を用いたコンタリング加工によってネジ部を形成するまでの過程を示した一部縦断面正面図であり、図９Ｃは、工具によって面取り加工を行った状態を示した一部縦断面正面図である。 図１０Ａ〜図１０Ｃは、従来技術に係るネジ穴形成加工につき、下穴の形成から面取り部の形成までの過程を示した一部縦断面正面図である。

以下、本発明に係る加工方法につき、それを実施するための工作機械との関係で好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施の形態に係る工作機械１０の要部概略斜視図である。この工作機械１０は、複数個の工具１２が設けられた多軸ヘッド１４と、工具１２によって加工が施されるワーク１６を保持するワーク保持盤１８とを有する。なお、多軸ヘッド１４とワーク保持盤１８は、実際には同一軸線上で互いに対向しているが、図１においては、工作機械１０の構成を明確にするために、多軸ヘッド１４及びワーク保持盤１８を意図的に若干傾斜させて示している。

工作機械１０は、さらに、案内テーブル２０を有する。この案内テーブル２０の上端面には２本のレール２２ａ、２２ｂが敷設されるとともに、該レール２２ａ、２２ｂに、ヘッド支持盤２４が摺動自在に係合する。

ヘッド支持盤２４の一端面における四方の隅部近傍には、図示しない変位用シリンダを構成するロッド２６ａ〜２６ｄが連結される。一方、ヘッド支持盤２４の残余の一端面には、前記多軸ヘッド１４が支持される。従って、多軸ヘッド１４は、前記変位用シリンダが付勢されてロッド２６ａ〜２６ｄが前進・後退動作することに伴ってヘッド支持盤２４がワーク保持盤１８に対して接近又は離間するように変位したとき、ヘッド支持盤２４と一体的に変位する。勿論、この際、ヘッド支持盤２４は、前記レール２２ａ、２２ｂに沿って変位（前進又は後退）する。

以上のようにして、多軸ヘッド１４は、位置決め固定されたワーク保持盤１８に対して接近又は離間するように前進・後退動作することが可能である。すなわち、本実施の形態において、多軸ヘッド１４は可動盤であり、一方、ワーク保持盤１８は固定盤である。

多軸ヘッド１４には、複数個の工具１２を同時に回転動作させるための図示しない回転シリンダ（回転駆動手段）が設けられる。具体的には、図２に示すように、この回転シリンダのピストンロッド２８（回転駆動力伝達軸）は、多軸ヘッド１４の内部で、ギアトレイン３０（第１回転駆動力伝達機構）を介して、偏心スピンドル３２に挿入された工具１２に連結されている。

一層詳細には、ギアトレイン３０は、第１歯車３４、第２歯車３６、第３歯車３８、第４歯車４０及び第５歯車４２を含む。この中、第１歯車３４は前記ピストンロッド２８に外嵌されている。すなわち、ピストンロッド２８の先端には第１スプライン４４が刻設されており、この第１スプライン４４に第１歯車３４の内歯（図示せず）が摺接可能に噛合される。ここで、第１歯車３４は、多軸ヘッド１４の図示しない部位に位置決め固定された１対のストッパ部材４６ａ、４６ｂに挟まれている。

第２歯車３６は、多軸ヘッド１４と偏心スピンドル３２との間に配設された第１従動軸４８の軸線方向略中央に外嵌されており、且つ第１歯車３４と噛合している。第１従動軸４８と多軸ヘッド１４、偏心スピンドル３２との間には第１軸受５０が介在しており、第１従動軸４８は、第１軸受５０に回転可能に軸支される。なお、図２においては偏心スピンドル３２側の第１軸受５０のみを示し、多軸ヘッド１４側の第１軸受５０は省略している。

第１従動軸４８の一端部は、偏心スピンドル３２の内部に進入している。この偏心スピンドル３２内に進入した一端部に、前記第３歯車３８が外嵌される。

偏心スピンドル３２の内部には、工具１２を収容する主室５２と、該主室５２に連通する副室５４とが形成されており、この中の副室５４には第２従動軸５６が収容される。第２従動軸５６は、図示しない第２軸受によって回転可能に軸支されている。

第２従動軸５６には、若干長尺な第４歯車４０が外嵌される。さらに、工具１２の後端部には第５歯車４２が設けられており、前記第４歯車４０は、この第５歯車４２と、第１従動軸４８に外嵌された前記第３歯車３８との双方に噛合している。

従って、ピストンロッド２８が回転動作を開始すると、後述するように、第１歯車３４、第２歯車３６、第３歯車３８、第４歯車４０、第５歯車４２を経て回転駆動力が伝達される。その結果、工具１２が回転動作を開始する。

その一方で、回転シリンダは、ベルトドライブ６２（第２回転駆動力伝達機構）の媒介によって、偏心スピンドル３２を回転動作させることも可能である。

ベルトドライブ６２は、多軸ヘッド１４の内部に回転可能に軸支された第１プーリ６４と、偏心スピンドル３２に外嵌された第２プーリ６６と、これら第１プーリ６４及び第２プーリ６６に巻回されたタイミングベルト６８とを含む。この中、第１プーリ６４は、第３従動軸７０に外嵌されている。

第３従動軸７０の一端部は、図示しない第３軸受によって回転可能に軸支されている。また、第３従動軸７０の他端部は円環形状の中空軸部７２として形成されており、該中空軸部７２の内壁には、第２スプライン７４が刻設されている。前記ピストンロッド２８の先端部は、この中空軸部７２の内部に対して進入・離脱が可能である。

すなわち、前記回転シリンダが付勢されると、該回転シリンダのピストンロッド２８は、ワーク保持盤１８に対して接近又は離間するように前進・後退動作することが可能である。そして、ピストンロッド２８がワーク保持盤１８に対して接近（前進）したときには、前記第１スプライン４４が前記中空軸部７２の内部に進入し、前記第２スプライン７４に対して噛合する。一方、ピストンロッド２８がワーク保持盤１８に対して離間（後退）したときには、該ピストンロッド２８の先端が前記中空軸部７２の内部から露呈して離脱し、前記第１スプライン４４と、前記第２スプライン７４との噛合が解かれる。

ピストンロッド２８が上記したように前進又は後退する際には、第１スプライン４４が第１歯車３４の内歯に対して摺動するとともに、第１歯車３４がストッパ部材４６ａ、４６ｂによって堰止される。このために第１スプライン４４が第１歯車３４に対して滑動することにより、第１歯車３４の位置が保たれる。

なお、回転シリンダにおけるピストンロッド２８は、周知の通り、回転動作を行うことも可能である。回転動作は、前進・後退動作と同時に行うことも可能であるし、前進・後退動作とは別に行うことも可能である。

また、偏心スピンドル３２は、偏心した状態で回転動作を行うスピンドルとして周知である。すなわち、図３に示すように、偏心スピンドル３２に形成された挿通孔７６の中心は、該偏心スピンドル３２を挿入した保護筒７７の挿入穴７８の中心からオフセットされた位置にある。

本実施の形態において、偏心スピンドル３２に挿入された工具１２は、面取り部形成部７９が形成されていることを除き、前記特許文献２に示されるネジ切り工具に準拠して構成されている。すなわち、図４及び図５に示すように、このネジ切り工具は、その先端に、正面すくい面８０及び側面すくい面８２、ドリル刃８４及びネジ切り刃８６、正面逃げ面８８及び側面逃げ面９０を有し、さらに、油孔９１が形成されたものであるが、この構成は特許文献２によって公知であるので、それ以上の詳細な説明は省略する。

ネジ切り刃８６には、該ネジ切り刃８６に比して小径で且つ長尺な胴体９２が連なる。前記面取り部形成部７９は、この胴体９２に連なっている。なお、面取り部形成部７９は、テーパー状に拡径するようにして形成されている。

図２においては、１個の工具１２を例示しているが、その他の工具１２にも、第２歯車３６、第３歯車３８、第４歯車４０及び第５歯車４２が上記と同様にして付設され、この中の第２歯車３６が第１歯車３４に噛合する。すなわち、第１歯車３４には、複数個の第２歯車３６が噛合している。

また、タイミングベルト６８及び第２プーリ６６も工具１２ごとに設けられ、各タイミングベルト６８は第１プーリ６４に巻回される。すなわち、第１プーリ６４には、複数個のタイミングベルト６８が巻回されている。

ここで、図２における参照符号９３ａ、９３ｂは、それぞれ、ベアリングを示す。

多軸ヘッド１４において、工具１２が設けられた面（加工面）には、図１に示すように、第１案内用係合部材としての２本のガイドバー９４ａ、９４ｂが設けられる。すなわち、ガイドバー９４ａ、９４ｂは、工具１２と同様に、ワーク保持盤１８に指向して延在する。

一方、ワーク保持盤１８には、ガイドバー９４ａ、９４ｂの位置に対応する位置にガイドブッシュ９６ａ、９６ｂが設けられる。略円筒体をなすガイドブッシュ９６ａ、９６ｂには、後述するように、ガイドバー９４ａ、９４ｂが進入して係合する。すなわち、ガイドバー９４ａ、９４ｂ及びガイドブッシュ９６ａ、９６ｂは、案内用係合部材としての役割を果たす。

ワーク保持盤１８には、さらに、ワーク１６を保持するためのクランプ爪９８ａ、９８ｂが設けられる。クランプ爪９８ａ、９８ｂは開閉可能であり、クランプ爪９８ａ、９８ｂが閉状態となることによってワーク１６が保持され、一方、開状態となることによってワーク１６が解放される。

なお、ワーク１６としては、車両に搭載される内燃機関を構成するシリンダブロックやシリンダヘッド、又はミッションケース等が例示される。

本実施の形態に係る工作機械１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、該工作機械１０を用いて実施される加工方法との関係で説明する。

ワーク１６に対して加工を施すに際しては、はじめに、作業者ないしロボットによってワーク保持盤１８の所定箇所にワーク１６を配置し、クランプ爪９８ａ、９８ｂを閉状態とする。これにより、ワーク１６がワーク保持盤１８に保持される。

次に、ピストンロッド２８の先端が中空軸部７２に対して分離している状態、すなわち、第１スプライン４４と第２スプライン７４の噛合が解かれている状態で、前記回転シリンダを付勢する。これにより、ピストンロッド２８が回転付勢される。

ピストンロッド２８の回転駆動力は、ギアトレイン３０を構成する第１歯車３４、各工具１２に付設された第２歯車３６、第３歯車３８、第４歯車４０及び第５歯車４２を介して、偏心スピンドル３２内の工具１２に伝達される。その結果、全ての工具１２が同期して回転動作（自転運動）を開始する。

次に、前記変位用シリンダを付勢することでロッド２６ａ〜２６ｄを前進動作させ、これにより、ヘッド支持盤２４をワーク保持盤１８側に指向して前進させる。この際には、ヘッド支持盤２４が案内テーブル２０上のレール２２ａ、２２ｂに案内されるとともに、多軸ヘッド１４がヘッド支持盤２４と一体的に変位してワーク保持盤１８に接近する。

この変位の途中、多軸ヘッド１４に設けられたガイドバー９４ａ、９４ｂの先端が、ワーク保持盤１８に設けられたガイドブッシュ９６ａ、９６ｂに進入して係合する。これにより、多軸ヘッド１４がワーク保持盤１８に対して、ひいては工具１２がワーク１６に対して位置ズレを起こすことが回避される。そして、図６Ａに示すように、工具１２（ネジ切り工具）がワーク１６に近接する。

多軸ヘッド１４がさらに前進すると、図６Ｂに示すように、工具１２のドリル刃８４によって穿孔加工が進行し、その結果、下穴１００が形成される。この際には、多軸ヘッド１４が水平方向に沿って前進するのみであるので、いわゆるプランジング加工が施される。ロッド２６ａ〜２６ｄ（図１参照）は、多軸ヘッド１４が所定の位置に到達すると、前記変位用シリンダが滅勢されることに伴って停止する。これに伴って、所定の深さの下穴１００が得られる。

同時に、工具１２の面取り部形成部７９によって、下穴１００の開口近傍がテーパー状に拡径するように研削される。これにより、面取り部１０２が形成される。

次に、この状態から、ピストンロッド２８が前進動作する。これにより、図７に示すように、該ピストンロッド２８の先端部が中空軸部７２に進入する。その結果、第１スプライン４４と第２スプライン７４が互いに噛合する。なお、第１歯車３４は、ストッパ部材４６ａ、４６ｂによって堰止されるので、ピストンロッド２８に同伴されることなく、その位置を保つ。従って、第１スプライン４４は、第１歯車３４の内歯に対して摺動する。

このようにしてピストンロッド２８とベルトドライブ６２とが結合状態となると、ピストンロッド２８に伝達された回転シリンダの回転駆動力が、第３従動軸７０を介して第１プーリ６４に伝達される。すなわち、第３従動軸７０及び第１プーリ６４が回転動作を開始し、さらに、該第１プーリ６４に巻回されたタイミングベルト６８が周回動作を開始する。これに追従して、該タイミングベルト６８が巻回された第２プーリ６６が回転動作し始める。

第２プーリ６６が偏心スピンドル３２に外嵌されているので、偏心スピンドル３２も回転動作を始める。図８に模式的に示すように、偏心スピンドル３２の挿通孔７６の中心が、該偏心スピンドル３２を挿入した保護筒７７の挿入穴７８の中心からオフセットされているため、偏心スピンドル３２、ひいては該偏心スピンドル３２に挿入された工具１２が、挿入穴７８の中心に対して偏心した状態で回転動作する。

すなわち、工具１２は、円形状の軌跡を描くように変位する。換言すれば、公転運動する。上記したように、工具１２は、ギアトレイン３０を介して伝達された回転駆動力によって自転運動を継続しているので、この時点で、自転運動しながら公転運動することになる。これにより、工具１２がコンタリング動作を営む。その結果、図６Ｃに示すように、ネジ切り刃８６によって、下穴１００の側壁に対するネジ切りが開始される。また、面取り部形成部７９によって面取り部１０２が拡径される。

なお、この際には、偏心スピンドル３２の副室５４に収容された第２従動軸５６も公転動作する。

次に、前記変位用シリンダが再付勢されてロッド２６ａ〜２６ｄが後退動作する。これにより、ヘッド支持盤２４及び多軸ヘッド１４がワーク保持盤１８から離間するように後退する。勿論、この際にも、ヘッド支持盤２４が案内テーブル２０上のレール２２ａ、２２ｂに案内されるとともに、ガイドバー９４ａ、９４ｂがガイドブッシュ９６ａ、９６ｂに案内される。

このようにしてヘッド支持盤２４が後退することに伴って、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、工具１２がコンタリング動作を続行しながら、下穴１００から離脱する方向に後退する。このときに、下穴１００の側壁に対してネジ部１０４が連続的に刻設される。すなわち、タップ加工が施される。最終的に、工具１２が下穴１００の開口に到達することにより、下穴１００に対して大径であり、且つ面取り部１０２が形成されたネジ穴１０６が得られる。

その後、ロッド２６ａ〜２６ｄが一層後退すると、工具１２がネジ穴１０６から離脱して全ての加工が終了する。また、ガイドバー９４ａ、９４ｂがガイドブッシュ９６ａ、９６ｂから離脱する。その後、クランプ爪９８ａ、９８ｂを開状態とすれば、ワーク１６が解放される。

以上のように、本実施の形態によれば、工具１２を回転付勢するための回転駆動手段が、工具１２をコンタリング動作させるためのコンタリング動作用駆動手段を兼ねる。すなわち、１個の駆動手段によって、工具１２に自転運動のみを行わせることも、自転運動と同時に公転運動（コンタリング動作）を行わせることも可能である。従って、構成が簡素となる。

このため、１種類の工具１２によって下穴形成加工、タップ加工及び面取り加工を全て実施することができるので、多種類且つ多数の工具１２を用意する必要がない。また、多軸ヘッド１４は、工具１２を設けたものを１個用意すればよく、ドリル１（図１０参照）を取り付けたもの、ネジ切りタップ４を取り付けたもの、面取り具７を取り付けたものを個別に用意する必要がない。以上の理由から、設備投資が低廉化する。

しかも、本実施の形態によれば、多軸ヘッド１４を交換する必要がないので、その分、ネジ穴形成加工を開始してから終了するまでのサイクルタイムを従来技術に比して短縮することが可能である。このため、ネジ穴１０６を効率よく形成することができる。

さらに、偏心スピンドル３２を偏心量が相違するものに交換したり、第１プーリ６４又は第２プーリ６６として径が相違するものに交換することでプーリ比を変更したりすることにより、直径が相違するネジ穴を形成することも可能である。すなわち、例えば、ワークの任意の部位に対して所定の径のネジ穴を形成する一方で、別の部位に対して径が相違するネジ穴を形成することが可能である。勿論、任意のワークに対して所定の径のネジ穴を形成した後、別のワークに対して径が相違するネジ穴を形成することもできる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、上記した実施の形態では、ピストンロッド２８に設けられた第１歯車３４を含むギアトレイン３０を介して回転シリンダと工具１２を連結ようにしているが、ピストンロッド２８と工具１２との距離が大きい場合等、第１歯車３４と第２歯車３６を互いに噛合させることが容易でないときには、第１歯車３４と第２歯車３６との間に別のギアトレイン等を介在させるようにしてもよい。第１プーリ６４と第２プーリ６６についても同様である。

また、多軸ヘッド１４にガイドブッシュ９６ａ、９６ｂを設ける一方で、ワーク保持盤１８にガイドバー９４ａ、９４ｂを設けるようにしてもよい。そして、多軸ヘッド１４をワーク保持盤１８に対して接近・離間するように変位させることに代替し、ワーク保持盤１８を多軸ヘッド１４に対して接近・離間するように変位させるようにしてもよい。

さらに、本発明に係る加工方法は、ネジ穴１０６を形成する場合に特に限定されるものではなく、コンタリング加工を行うことが必要である場合に適用することが可能である。ここで、必要に応じ、プランジング加工を行うことなく、最初からコンタリング加工のみを実施するようにしてもよい。この場合、ワーク保持盤１８に対して多軸ヘッド１４を相対的に接近させるとき、及び離間させるときの双方で、上記したようにして多軸ヘッド１４にコンタリング動作を営ませればよい。

さらにまた、本発明に係る工作機械１０は、工具１２がコンタリング動作を営むことが可能な構成であるが、コンタリング加工を行う必要がない場合には、ピストンロッド２８が中空軸部７２に対して分離した状態を維持し、工具１２にコンタリング動作を営ませないようにすればよい。すなわち、工作機械１０によってプランジング加工のみを実施するようにしてもよい。例えば、上記したネジ切り工具に代替してドリルやリーマを選定し、プランジング加工を実施することによって穿孔加工を行うことも可能である。

そして、ワーク１６がシリンダブロックやシリンダヘッド、ミッションケースに限定されるものではないことはいうまでもない。

１…ドリル ２、１６…ワーク
３、１００…下穴 ４…ネジ切りタップ
５、１０４…ネジ部 ６、１０６…ネジ穴
７…面取り具 ８、１０２…面取り部
１０…工作機械 １２…工具
１４…多軸ヘッド １８…ワーク保持盤
２４…ヘッド支持盤 ２６ａ〜２６ｄ…ロッド
２８…ピストンロッド ３０…ギアトレイン
３２…偏心スピンドル ３４、３６、３８、４０、４２…歯車
４４、７４…スプライン ４６ａ、４６ｂ…ストッパ部材
６２…ベルトドライブ ６４、６６…プーリ
６８…タイミングベルト ７２…中空軸部
９４ａ、９４ｂ…ガイドバー ９６ａ、９６ｂ…ガイドブッシュ
９８ａ、９８ｂ…クランプ爪

Claims (6)

1. 工具が設けられた多軸ヘッドと、前記工具によって加工が施されるワークを保持するワーク保持盤とを備える工作機械であって、
   回転駆動手段と、
   前記回転駆動手段の回転駆動力を前記工具に伝達する第１回転駆動力伝達機構と、
   前記工具を挿入した偏心スピンドルと、
   前記回転駆動手段の回転駆動力を前記偏心スピンドルに伝達する第２回転駆動力伝達機構と、
   前記多軸ヘッドと前記ワーク保持盤を相対的に接近又は離間するための変位機構と、
   を備え、
   前記回転駆動手段の回転駆動力伝達軸は、その軸線方向に沿って変位することで前記第２回転駆動力伝達機構に対して結合又は分離することを特徴とする工作機械。
2. 請求項１記載の工作機械において、前記変位機構の作用下に前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するとき、前記回転駆動力伝達軸が前記第２回転駆動力伝達機構に対して分離される一方、前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に離間するとき、前記回転駆動力伝達軸が前記第２回転駆動力伝達機構に対して結合されることを特徴とする工作機械。
3. 請求項２記載の工作機械において、前記変位機構の作用下に前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するとき、前記ワークに対して下穴を形成する一方、前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に離間するとき、前記ワークに形成された前記下穴に対してネジ部を螺刻することを特徴とする工作機械。
4. 多軸ヘッドに設けられ且つ偏心スピンドルに挿入された工具によって、ワーク保持盤に保持されたワークに対して加工を施す、工作機械を用いた加工方法であって、
   前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するとき、回転駆動手段から第１回転駆動力伝達機構を介して前記工具に回転駆動力を伝達して該工具を回転動作させ、この状態で、前記工具によって前記ワークに対して第１の加工を施す工程と、
   前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に離間するとき、前記回転駆動手段の回転駆動力伝達軸を第２回転駆動力伝達機構に結合することで前記偏心スピンドルを回転させることにより、前記工具にコンタリング動作を営ませながら、前記工具によって前記ワークに対して第２の加工であるコンタリング加工を施す工程と、
   を有することを特徴とする工作機械を用いた加工方法。
5. 請求項４記載の加工方法において、前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するとき、前記回転駆動力伝達軸を前記第２回転駆動力伝達機構から分離するとともに、前記第１の加工としてプランジング加工を行うことを特徴とする工作機械を用いた加工方法。
6. 請求項５記載の加工方法において、前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に接近するとき、前記プランジング加工によって前記ワークに対して下穴を形成する一方、前記多軸ヘッドが前記ワーク保持盤に対して相対的に離間するとき、前記コンタリング加工によって前記下穴に対してネジ部を螺刻することを特徴とする工作機械を用いた加工方法。

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