JP2013018098A - 多軸工作機械 - Google Patents

Abstract

【課題】ギャングヘッドの調達費用を低減することができる多軸工作機械を提供することを課題とする。
【解決手段】ヘッド本体３１は共用される。このヘッド本体３１にフロントプレート５０Ａ又は５０Ｂを取付けることができる。フロントプレート５０Ａ、５０Ｂを交換することで、複数種のギャングヘッドを得ることができる。ヘッド本体３１が共用できるため、複数個のギャングヘッドを個々に準備するよりは、ギャングヘッドの調達コストを下げることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期して回転する複数本の工具で加工対象物に機械加工を施すことができる多軸工作機械に関する。

汎用の工作機械は、１個の主軸に１個の工具を取付け、この工具で加工対象物に機械加工を施すことを、基本形とする。
しかし、生産性の向上を図るために、複数の工具を備えるギャングヘッドを、１個の主軸に取付けるようにした多軸工作機械が実用に供されるようになってきた。なお、ギャングとは一群を意味し、一群の工具を備えるヘッドがギャングヘッドと呼ばれる。

すなわち、モータなどの駆動源を備える駆動ユニットと、この駆動ユニットに着脱可能に取付けられ複数本の工具を同期して回転するギャングヘッドとからなる多軸工作機械が知られている（例えば、特許文献１（図１、図２）参照。）。

特許文献１の図２に示されるように、主軸ユニット（４）（括弧付き数字は、特許文献１に記載された符号を示す。以下同様）にギャングヘッド（５）が取付けられている。このギャングヘッド（５）は、正面に複数本の切削工具（２１）を有する。

一般に、ギャングヘッドは、１個の入力軸と、複数本の出力軸と、入力軸の動力を分配して出力へ伝達するギヤ群と、ギヤ群を収納するギヤケースとからなる。
１個の主軸ユニット（４）で複数の切削工具（２１）を駆動し、加工対象物に加工を施すことができるため、生産性が高い。

主軸ユニット（４）の近傍に、別のギャングヘッド（７）を、準備しておく。そして、主軸ユニット（４）からギャングヘッド（５）を外し、主軸ユニット（４）に別のギャングヘッド（７）を取付ける。ギャングヘッド（５、７）を交換することにより切削工具（２１）のサイズや種類を変更することができる。
このように、従来はギャングヘッド（５、７、８）を交換することを前提とする。

加工対象物がエンジンのシリンダブロックである場合は、次のような機械加工が施される。すなわち、シリンダブロックに多数のタップ穴と称するねじ穴が設けられ、シリンダヘッドに多数のボルト穴が設けられる。そして、シリンダブロックにシリンダヘッドを重ね、長いボルトをボルト穴に通した上で、ねじ穴にねじ込むことで、シリンダブロックにシリンダヘッドが一体化される。

タップ穴と呼ばれるねじ穴は、次の手順で形成される。
鋳造品であるシリンダブロックに、ドリルで下穴が開けられる（穴開け工程）。
次に、タップと称する工具で下穴にねじを切る（ねじ切り工程）。

多軸工作機械では、複数のドリルを有する第１ギャングヘッドと、複数のタップを有する第２ギャングヘッドとを準備する。
シリンダブロックに第１ギャングヘッドで穴開け工程を実施する。次に、第１ギャングヘッドを第２ギャングヘッドに交換する。そして、第２ギャングヘッドでねじ切り工程を実施する。
以上により、効率よくシリンダブロックにねじ穴を設けることができる。

ところで、上述したように、第１ギャングヘッドは、１個の入力軸と、複数本の出力軸と、ギヤ群と、ギヤ群を収納するギヤケースとからなるため、高価である。第２ギャングヘッドも同様である。
しかし、加工コストの低減が求められる中、ギャングヘッドの調達費用の圧縮が望まれる。

実開平５−１６０２５号公報

本発明は、ギャングヘッドの調達費用を低減することができる多軸工作機械を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、駆動源を備える駆動ユニットと、この駆動ユニットに着脱可能に取付けられ複数本の工具を同期して回転するギャングヘッドとからなる多軸工作機械であって、
前記ギャングヘッドは、前記駆動ユニットに着脱可能に取付けられるヘッド本体と、このヘッド本体に着脱可能に取付けられるフロントプレートとからなり、
このフロントプレートに、前記工具を支持すると共に回転する複数のスピンドルを備え、前記ヘッド本体に、前記駆動ユニットからの動力を分配して前記複数のスピンドルへ伝達する動力伝達機構を備えていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、動力伝達機構の枝軸の先端部に、軸方向に移動可能にスリーブが取付けられ、先端部とスリーブとの間にこのスリーブを前進側へ付勢する付勢部材が設けられ、スリーブに、スピンドルの基部を収納する収納凹部と、この収納凹部を横切るピンとを備え、スピンドルの基部に、一端が開放されピンに嵌合する嵌合溝を備え、ピンを介して動力が枝軸からスピンドルへ伝わるようにし、
スピンドルの基部の端面が、スピンドルの軸線に対して傾斜した傾斜面とされていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、ピンが、枝軸の軸線に対して傾斜して配置されていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３記載の多軸工作機械におけるフロントプレートの交換方法であって、
フロントプレートが付いていないヘッド本体にて、スリーブを加工速度より低速で回転させる工程と、スリーブに設けられているピンに、スピンドルの基部に設けられている傾斜面を当てるようにして、ヘッド本体にフロントプレートを合わせる工程と、スピンドルの基部に設けられている嵌合溝にピンを嵌合させる工程と、ヘッド本体にフロントプレートを締結し一体化する工程と、からなる多軸工作機械におけるフロントプレートの交換方法である。

請求項１に係る発明では、ギャングヘッドは、駆動ユニットに着脱可能に取付けられるヘッド本体と、このヘッド本体に着脱可能に取付けられるフロントプレートとからなる。
フロントプレートを複数個準備し、１個のヘッド本体に交互に取付けることができる。ヘッド本体が共用できる。フロントプレートのみを複数個準備するだけで済む。結果、ギャングヘッドの調達費用を低減することができる多軸工作機械を提供することができる。

請求項２に係る発明では、スピンドルの基部の端面を、スピンドルの軸線に対して傾斜する傾斜面とした。見かけ上、ピンが傾斜面に沿って相対移動するため、ピンが嵌合溝に円滑に嵌合される。ヘッド本体からフロントプレートを分離可能にしたことにより発生しがちなピンと嵌合溝の嵌合不良を、より効果的に防止することができ、ギャングヘッドの模様替えを迅速に行うことができる。

請求項３に係る発明では、ピンをも傾斜させた。ピンが傾斜しているため、より円滑にピンが嵌合溝に嵌合する。すなわち、スピンドル側の傾斜面とピンの傾斜との協調により、ギャングヘッドの模様替えをより迅速に行うことができる。

請求項４に係る多軸工作機械におけるフロントプレートの交換方法では、スリーブを低速で回しながら、ピンと嵌合溝へ嵌める。ピンが嵌合溝に円滑に嵌合される。
回転は、多軸工作機械に備わっている駆動源による。スリーブの回転のために別に回転手段を設ける必要はなく、多軸工作機械のコンパクト化及び低コスト化が図れる。

本発明に係る多軸工作機械の分解図である。 図１の２部拡大図である。 多軸工作機械の要部断面図である。 フロントプレートの取外し工程からスリーブを低速で回転させる工程までの工程図である。 斜面にピンを当てる工程からフロントプレートをヘッド本体に一体化するまでの工程図である。 図３の変更例を示す図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、多軸工作機械１０は、電動モータなどの駆動源２１を備える駆動ユニット２０（詳細は後述する。）と、この駆動ユニット２０に着脱可能に取付られるギャングヘッド３０とからなる。

ギャングヘッド３０は、前面が開放された箱状のヘッド本体３１と、このヘッド本体３１の前面に着脱自在に且つ交換自在に取付けられるフロントプレート５０Ａ又は５０Ｂとからなる。

ヘッド本体３１は、ケース体３２とこのケース体３２に収納される動力伝動機構３８を主たる要素とする。
ケース体３２は、駆動源２１の軸に平行又は略平行に延びる周壁３３と、この周壁３３に駆動源２１の軸に直角に渡した前壁３４、中間壁３５及び後壁３６とからなる。後壁３６が駆動源２１に最も近く、前壁３４は駆動源２１から最も遠い。

動力伝達機構３８は、例えば、駆動源２１で回される第１ギヤ３９と、この第１ギヤ３９で回される一対の第２ギヤ４１、４１と、これらの第２ギヤ４１、４１と同軸の第３ギヤ４２、４２と、これらの第３ギヤ４２、４２で駆動され複数（この例では４個）の枝軸４３を回す第４ギヤ４４とからなる。

これらのギヤ３９、４１、４２、４４及び枝軸４３は、軸受４５を介して前壁３４、中間壁３５又は後壁３６に回転自在に支持されている。なお、ケース体３２はギヤ３９、４１、４２、４４や軸受４５の組付けを考慮して適宜分割されるが、この説明では分割部位は省略した。

フロントプレート５０Ａは、蓋体５１と、この蓋体５１に回転自在に支持されるスピンドル５２と、これらのスピンドル５２に着脱自在に取付られる工具としてのドリル５３からなる。隣り合うドリル５３、５３のピッチＰ１は、枝軸４３のピッチＰ２と完全に同一である。

別のフロントプレート５０Ｂは、蓋体５１と、この蓋体５１に回転自在に支持されるスピンドル５２と、これらのスピンドル５２に着脱自在に取付られる異種の工具としてのタップ５４からなる。隣り合うタップ５４、５４のピッチＰ３は、枝軸４３のピッチＰ２と完全に同一である。すなわち、ピッチＰ３はピッチＰ２と完全に同一である。

蓋体５１には、縁にボルト穴５５、５５が設けられている。好ましくは、蓋体５１の縁をヘッド本体３１側へ膨出され、この膨出部５６に雌テーパ面５７を設ける。併せて、ヘッド本体３１に雄テーパ面３７を設ける。すると、雄テーパ面３７に雌テーパ面５７をテーパ作用により容易に嵌めることができる。テーパ作用により、ヘッド本体３１の中心にフロントプレート５０Ａ、５０Ｂの中心を合致させるセンタリング作用も発揮される。
ボルト５８、５８により、フロントプレート５０Ａ又は５０Ｂをヘッド本体３１に締結し一体化することができる。

図２に示すように、枝軸４３の先端部６１に、スプライン６２を介して軸方向に移動可能にスリーブ６３が取付けられ、先端部６１とスリーブ６３との間にこのスリーブ６３を前進側へ付勢する付勢部材としての圧縮コイルばね６４が設けられる。付勢部材は、圧縮コイルばねの他、引張ばね、トーションばね、ゴム、弾性樹脂であってもよい。
加えて、スリーブ６３に、スピンドル５２の基部６５を収納する収納凹部６６と、この収納凹部６６を横切るピン６７とが備えられる。

さらに、スピンドル５２の基部６５に、一端が開放されピン６７に嵌合する嵌合溝６８が備えられ、ピン６７を介して動力が枝軸４３からスピンドル５２へ伝達される。
さらに、スピンドル５２の基部６５の端面が、スピンドル５２の軸線６９に対して傾斜した傾斜面７１とされる。傾斜角θは３０〜６０°の範囲から選択され、特に、４５°が好ましい。

枝軸４３の先端部６１に、軸方向に延びる長穴７２が設けられ、この長穴７２を貫通するクロスピン７３がスリーブ６３に渡される。
実線で示すスピンドル５２の基部６５を収納凹部６６に相対的に挿入する。回転方向の位置ずれにより、直ぐに嵌合溝６８にピン６７が嵌ることはない。そのため、傾斜面７１でピン６７が相対的に押される。すると、圧縮コイルばね６４が縮んでスリーブ６３が相対的に図面右側へ移動する。

暫くして嵌合溝６８にピン６７の位置が合致すると、ピン６７が相対的に嵌合溝６８の奥に進入する。このときに、圧縮コイルばね６４が延びてスリーブ６３が図面左に移動するため、嵌合溝６８にピン６７が嵌合することが妨げられない。

以上により、図３に示すように、駆動ユニット２０にヘッド本体３１が取付けられ、このヘッド本体３１にフロントプレート５０Ａが取付けられた多軸工作機械１０が得られる。

駆動ユニット２０は、機台２２に水平移動自在に載せられる主軸台２３と、この主軸台２３を水平に前後進させるために主軸台２３と機台２２とに渡される第１シリンダユニット２４と、主軸台２３に水平移動可能に収納されるスライダ２５と、このスライダ２５を水平に前後進させるためにスライダ２５と主軸台２３とに渡される第２シリンダユニット２６と、スライダ２５に収納される駆動源２１とからなる。

シリンダブロックに代表される加工対象物７５に、ドリル５３を臨ませる。そして、駆動源２１により、動力伝達機構３８を介してドリル５３を所定の加工速度で回す。
次に、第１シリンダユニット２４を延ばし、主軸台２３及びギャングヘッド３０を前進させる。

すると、ドリル５３で加工対象物７５に所定の深さの下穴７６を開けることができる。
下穴加工後に、第１シリンダユニット２４を縮めて、主軸台２３及びギャングヘッド３０を後退させる。

この実施例では、主軸台２３に上部レール部７７と下部レール部７８が設けられ、これらのレール部７７、７８にギャングヘッド３０を載せた。ギャングヘッド３０を単位に交換するときには、第２シリンダユニット２６を縮めて、駆動源２１を後退させ、モータ軸に代表される主軸７９を、ギャングヘッド３０から分離する。
次に、ギャングヘッド３０を図面表裏方向へ移動する。別のギャングヘッドに代わったら、第２シリンダユニット２６を延ばして、駆動源２１を前進させ、主軸７９を、新しいギャングヘッドに連結すればよい。

ねじ穴を得るには下穴７６にタップ加工を加える必要がある。そこで、一連の作業工程を次に説明する。
図４（ａ）にて、ナットランナー８１、８１を備える第１ロボット８２により、ボルト５８、５８を外す（ボルト外し工程）。

（ｂ）にて、クランプ爪８３、８３を備える第２ロボット８４により、ヘッド本体３１からフロントプレート５０Ａを外す（フロントプレート外し工程）。
（ｃ）にて、駆動源２１によりスリーブ６３及びピン６７を低速で回転させる（スリーブ回転工程）。並行して、クランプ爪８３、８３を備える第２ロボット８４により、別のフロントプレート５０Ｂをヘッド本体３１に接近させる（別のフロントプレート移動工程）。

すると、図５（ａ）に示すように、傾斜面７１がピン６７に接触する（ヘッド本体に別のフロントプレートを合わせる工程）。ピン６７が低速で回転しているため、見かけ上、ピン６７は傾斜面７１に沿って上下する。この上昇又は下降の途中で、ピン６７の位置が嵌合溝６８の位置に合致する。

すると、（ｂ）に示すように、嵌合溝６８にピン６７が嵌る（嵌合溝にピンを勘合させる工程）。
（ｃ）にて、ナットランナー８１、８１を備える第１ロボット８２により、ボルト５８、５８をねじ込み、ベッド本体３１にフロントプレート５０Ｂを一体化する（一体化工程）。

以上の工程から明らかなように、ヘッド本体３１は共用される。このヘッド本体３１にフロントプレート５０Ａ、５０Ｂを交換することで、複数種のギャングヘッドを得ることができる。ヘッド本体３１が共用できるため、複数個のギャングヘッドを個々に準備するよりは、ギャングヘッドの調達コストを下げることができる。

図６は図２の変更例を示す図であり、図２と同一要素は符号を流用する。図６は図２に対してピン６７を枝軸６１の軸線（スリーブ６３の軸線６８と同じ）に対して傾斜させたことが異なる。
スピンドル５２側の傾斜面７１とピン６７の傾斜との協調により、連結がより迅速に行われる。ピン６７の傾斜角αは５０〜７０°の範囲から選択され、特に、６０°が好ましい。

尚、工具は実施例ではドリルとタップとしたが、ドリルとリーマであってもよく、工具の種類は任意である。
また、加工対象物は、シリンダブロックの他、シリンダブロック内ジャーナル部、シリンダヘッド内ジャーナル部であってもよく、種類は限定しない。

本発明は、シリンダブロックのねじ穴加工に好適である。

１０…多軸工作機械、２０…駆動ユニット、２１…駆動源、３０…ギャングヘッド、３１…ヘッド本体、３８…動力伝達機構、４３…枝軸、５０Ａ、５０Ｂ…フロントプレート、５２…スピンドル、５３…工具としてのドリル、５４…工具としてのタップ、６１…枝軸の先端部、６３…スリーブ、６４…付勢部材（圧縮コイルばね）、６５…スピンドルの基部、６６…収納凹部、６７…ピン、６８…嵌合溝、６９…スピンドルの軸線（枝軸の軸線）、７１…傾斜面、θ…傾斜面の傾斜角、α…ピンの傾斜角。

Claims (4)

1. 駆動源を備える駆動ユニットと、この駆動ユニットに着脱可能に取付けられ複数本の工具を同期して回転するギャングヘッドとからなる多軸工作機械であって、
   前記ギャングヘッドは、前記駆動ユニットに着脱可能に取付けられるヘッド本体と、このヘッド本体に着脱可能に取付けられるフロントプレートとからなり、
   このフロントプレートに、前記工具を支持すると共に回転する複数のスピンドルを備え、
   前記ヘッド本体に、前記駆動ユニットからの動力を分配して前記複数のスピンドルへ伝達する動力伝達機構を備えていることを特徴とする多軸工作機械。
2. 前記動力伝達機構の枝軸の先端部に、軸方向に移動可能にスリーブが取付けられ、前記先端部と前記スリーブとの間にこのスリーブを前進側へ付勢する付勢部材が設けられ、
   前記スリーブに、前記スピンドルの基部を収納する収納凹部と、この収納凹部を横切るピンとを備え、前記スピンドルの基部に、一端が開放され前記ピンに嵌合する嵌合溝を備え、前記ピンを介して動力が前記枝軸から前記スピンドルへ伝わるようにし、
   前記スピンドルの基部の端面が、前記スピンドルの軸線に対して傾斜した傾斜面とされていることを特徴とする請求項１記載の多軸工作機械。
3. 前記ピンが、前記枝軸の軸線に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の多軸工作機械。
4. 請求項２又は請求項３記載の多軸工作機械におけるフロントプレートの交換方法であって、
   前記フロントプレートが付いていない前記ヘッド本体にて、前記スリーブを加工速度より低速で回転させる工程と、
   前記スリーブに設けられている前記ピンに、前記スピンドルの基部に設けられている前記傾斜面を当てるようにして、前記ヘッド本体に前記フロントプレートを合わせる工程と、
   前記スピンドルの基部に設けられている前記嵌合溝に前記ピンを嵌合させる工程と、
   前記ヘッド本体に前記フロントプレートを締結し一体化する工程と、からなる多軸工作機械におけるフロントプレートの交換方法。

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