JP2014087866A - 旋盤 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの鉛直面内の鉛直方向での加工を十分に行える旋盤を提供する。
【解決手段】クロスレールに案内されてＸ軸方向に沿って移動可能なサドル、サドルをＸ軸方向に移動させるＸ軸直線駆動機構、サドルに鉛直方向となるＺ軸方向に沿って移動可能に取り付けられたラム１６、ラム１６をＺ軸方向に移動させるＺ軸直線駆動機構、およびラム１６の下端部に設けられテーパ状カッター１を保持する工具ホルダ２を備える。工具ホルダ２は、ラム１６の下方のホルダ本体２１と、ホルダ本体２１に設けられＺ軸周りの回転をＺ軸と交差する交差軸Ｐを回転周りとしてテーパ状カッター１に伝達し交差軸Ｐを回転周りとして回転する回転軸を有する回転駆動伝達機構２２とを備える。交差軸ＰとＺ軸とのなす角度のうち鋭角部分の角度αを０°を超えかつ９０°未満とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、旋盤に関する。

従来、ワークに対して旋削加工する工作機械として、旋盤が知られている。旋盤の構成としては、ワークを回転させる回転テーブルと、回転テーブルの径方向に延在するクロスレールと、クロスレールに案内されてこのクロスレールの延在方向であるＸ軸方向に沿って移動可能なサドルと、このサドルに、鉛直方向となるＺ軸方向に沿って移動可能に取り付けられたラムと、ラムの下端部に工具ホルダを介して取り付けられた工具と、を有する立旋盤がある（例えば、特許文献１参照）。
このような立旋盤では、回転テーブル上に被工作物が固定され、回転テーブルの回転（Ｃ１軸方向）の下に、サドルのＺ軸方向への移動によって切込みを行い、サドルのＸ軸方向への移動によって工具のＸ軸方向の位置を変更して回転テーブルの回転中心周りの旋削等の加工を行っている。

特開２００５−４６９４０号公報

特許文献１の従来の立旋盤や、その他の立旋盤では、ワークの鉛直面を加工するために、工具としてエンドミルを用いることがある。このエンドミルは、その周面をワークの鉛直面に当接するとともにラムの主軸で回転させることで、ワークの鉛直面を加工するが、その加工できる鉛直方向の寸法は、最大限、エンドミルの加工面である周面の軸方向寸法である。
そのため、ワークの鉛直方向の寸法よりエンドミルの加工面の軸方向寸法が小さい場合、ワークの下部を加工するためにラムを下降させることになるが、エンドミルの径方向寸法よりラムの径方向寸法が大きいため、ラムがワークに干渉することになる。
この課題を解消するには、エンドミルを長くすればよいが、既存のエンドミルの長さには限界があるため、ワークの下部を加工することは困難である。

本発明の目的は、ワークの鉛直面内の鉛直方向での加工を十分に行える旋盤を提供することにある。

本発明の旋盤は、ワークが載置されるテーブルと、前記テーブルの上方で水平方向であるＸ軸方向に延在するクロスレールと、前記クロスレールに案内されてＸ軸方向に沿って移動可能なサドルと、前記サドルをＸ軸方向に移動させるＸ軸直線駆動機構と、前記サドルに、鉛直方向となるＺ軸方向に沿って移動可能に取り付けられたラムと、前記ラムをＺ軸方向に移動させるＺ軸直線駆動機構と、前記ラムの下端部に設けられ工具を保持する工具ホルダと、を備え、前記工具ホルダは、前記ラムに設けられるホルダ本体と、前記ホルダ本体に設けられＺ軸周りの回転をＺ軸と交差する交差軸を回転周りとして前記工具に伝達する回転駆動伝達機構と、を有し、前記回転駆動伝達機構は、前記交差軸を回転周りとして回転する回転軸を備え、前記回転軸に前記工具が連結され、前記交差軸とＺ軸とのなす角度のうち鋭角部分の角度αは０°を超えかつ９０°未満であり、前記工具は、加工面がテーパ面とされたテーパ状カッターであり、前記加工面は、前記ワークの鉛直面に対向可能であり、かつ、前記回転軸の軸心と角度αで交差し、前記加工面の傾斜方向に沿った寸法は前記ワークの鉛直面の鉛直方向に沿った寸法より短い、ことを特徴とする。

この構成の本発明では、ワークをテーブルに載置し、ワークの鉛直面にテーパ状カッターのテーパ面からなる加工面を当接させて回転駆動伝達機構を作動させる。すると、テーパ状カッターが回転軸を中心として回転することで、ワークの鉛直面が加工される。さらに、Ｘ軸直線駆動機構によってサドルをＸ軸方向に沿って移動すると、テーパ状カッターの加工面がワークの鉛直面に常時当接しながら水平方向に移動するので、ワークの鉛直面が水平方向に沿って直線状に加工される。
所定の長さに渡ってワークの鉛直部がＸ軸方向に沿って加工されたなら、Ｚ軸直線駆動機構を作動してサドルをＺ軸方向（下方）に移動させてテーパ状カッターの加工面のワークの鉛直面に対する鉛直方向の位置を変える。そして、前述の加工を繰り返す。これにより、ワークの鉛直面をＸ軸方向に沿ってムラ無く加工されることになる。
したがって、本発明では、交差軸を回転周りとして回転する回転軸がテーパ状カッターの回転周りの軸となるが、この交差軸とＺ軸とのなす角度のうち鋭角部分の角度αが０°を超えかつ９０°未満であるため、テーパ状カッターの加工面のうちワークと当接する部分がラムより水平方向に突出する構成となる。そのため、テーパ状カッターの加工面の傾斜方向寸法（Ｚ軸方向の寸法）がワークの鉛直面の鉛直方向に沿った寸法より小さくても、テーパ状カッターをＺ軸方向に移動した際に、ラムにワークが干渉することなく、ワークの鉛直面を加工することができる。
以上の通り、本発明では、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｃ１軸およびＣ２軸を制御する機能の立旋盤または横旋盤を用い、追加的に機能拡張をすることで、従来できなかった加工をすることができる。

本発明において、前記回転駆動伝達機構は、前記ラムの主軸に連結されＺ軸を回転周りとして回転する出力軸と、前記出力軸と前記回転軸とを連結する自在継手とを備えた、構成が好ましい。
この構成の本発明では、旋盤の機構として予め回動される構造となっているラムの主軸を回転軸の回転のための機構として用いるので、新たに、回転駆動源を設けることを要せず、部品点数の減少を図ることができる。

本発明において、前記テーブルは鉛直方向となる軸方向を回転中心として回転する回転テーブルである、構成が好ましい。
この構成の本発明では、少なくとも一部に平面円弧状の部分を有するワークの当該平面円弧状の鉛直面を加工することができる。
つまり、鉛直面のうち平面円弧状部分の中心が回転テーブルの回転中心となるようにワークを回転テーブルにセットし、ワークの鉛直面にテーパ状カッターの加工面を当接させて回転駆動伝達機構を作動させる。そして、回転テーブルを回転させながら、テーパ状カッターを回転させると、回転テーブルに載置されたワークが回転しながらワークの鉛直面がテーパ状カッターにより平面円弧状に加工されることになる。

本発明の第１実施形態に係る立旋盤の概略斜視図。 工具ホルダの断面図。 第１実施形態においてテーパ状カッターで加工されるワークの平面図。 本発明の第２実施形態に係る立旋盤の概略斜視図。 第２実施形態においてテーパ状カッターで加工されるワークの平面図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１には第１実施形態に係る立旋盤の概略が示されている。
図１において、立旋盤は、旋盤本体１０と、この旋盤本体１０を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置３０と、旋盤本体１０に取り付けられワークＷを加工する工具としてのテーパ状カッター１とを備える。
旋盤本体１０は、ベース１１と、このベース１１の上面に鉛直なＣ１軸を中心に回転可能に設けられ上面にワークＷを載置する回転テーブル１２と、ベース１１の両側に立設された一対のコラム１３Ａ，１３Ｂと、この両コラム１３Ａ，１３Ｂの上部間に掛け渡されたクロスレール１４と、このクロスレール１４に沿って左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたサドル１５と、このサドル１５に上下方向（Ｚ軸方向）へ昇降可能に設けられたラム１６と、このラム１６内にＣ２軸を中心として回転可能に収納された主軸１７と、を備えている。主軸１７の先端には自動工具交換装置あるいは手動によって、工具ホルダ２が取り付けられており、この工具ホルダ２にテーパ状カッター１が装着されている。

ベース１１には、回転テーブル１２を、Ｃ１軸を中心に回転させるテーブル回転機構（図示せず）が設けられている。また、クロスレール１４には、サドル１５をＸ軸方向に移動させるＸ軸直線駆動機構１８が設けられ、サドル１５には、ラム１６をＺ軸方向に移動させるＺ軸直線駆動機構１９が設けられている。ラム１６には、Ｃ２軸を中心に主軸１７を回転させる主軸回転駆動機構２０が設けられている。これらのＸ軸直線駆動機構１８、Ｚ軸直線駆動機構１９および主軸回転駆動機構２０は従来の立旋盤と同様の構造を採用するものでもよい。

図２にはテーパ状カッター１が装着された工具ホルダ２の断面が示され、図３にはテーパ状カッター１で加工されるワークの平面が示されている。
図２および図３において、ワークＷは、外周部Ｗ１と内周部Ｗ２とを有する金属製のポンプ用ケーシングである。
外周部Ｗ１は、水平方向に延びる鉛直面Ｗ１１と曲線状の鉛直面Ｗ１２とを有する。内周部Ｗ２は曲線状の鉛直面Ｗ１２の円中心と同じ円中心を有する。

図１において、ラム１６の内部には主軸１７が回転自在に配置され、この主軸１７を回転駆動する主軸回転駆動機構２０がラム１６の内部に設けられている。
回転テーブル１２を回転駆動させるテーブル回転機構と、Ｘ軸直線駆動機構１８と、Ｚ軸直線駆動機構１９と主軸回転駆動機構２０とは制御装置３０からの指令を受けて作動するものであり、この制御装置３０は、加工時にあっては、テーパ状カッター１を回転させるように主軸回転駆動機構２０を制御するとともに、回転テーブル１２を回転するようにテーブル回転機構を制御する。つまり、制御装置３０によって、ワークＷの鉛直面Ｗ１２にテーパ状カッター１の加工面１Ａが当接された状態で回転し、かつ、ワークＷがＣ１軸を回転中心として回転するように制御される（図３の想像線参照）。

図２において、工具ホルダ２は、ラム１６のケーシングの下端部に連結されたホルダ本体２１と、ホルダ本体２１に設けられＺ軸周りの回転をＺ軸と交差する交差軸Ｐを回転周りとしてテーパ状カッター１に伝達する回転駆動伝達機構２２とを有する。
ホルダ本体２１は、ラム１６のケーシングに接合された上筒部２１１と、上筒部２１１に連結された下筒部２１２とを備えたボックス状に形成されている。
回転駆動伝達機構２２は、主軸１７に連結される出力軸２３と、この出力軸２３に自在継手２４を介して連結される回転軸２５とを備えている。ここで、出力軸２３の回転中心は、主軸１７の回転中心であるＣ２軸と同軸であってもよく、偏心するものであってもよい。これらの軸が同軸である場合には、直線上に配置された出力軸２３と主軸１７との間に図示しない連結部が設けられることになり、偏心する場合には、互いに平行に配置されている出力軸２３と主軸１７との間に回転を伝達するための図示しない歯車機構などが設けられることになる。

回転軸２５は、交差軸Ｐを回転周りとして回転するように、軸受２６を介して下筒部２１２の内部に回転自在に支持されている。ここで、交差軸ＰとＺ軸とのなす角度のうち鋭角部分は角度αである。この角度αは、０°を超えかつ９０°未満の所定の角度、例えば、３０°、４５°、６０°である。図２では、角度αは３０°である。
回転軸２５の先端部は、下筒部２１２の底部を貫通してホルダ本体２１の外部に延出しており、回転軸２５の下筒部２１２から斜め下方に延出した部分は工具取付部２５Ａとされている。この工具取付部２５Ａにテーパ状カッター１が装着されている。テーパ状カッター１の回転中心は工具取付部２５Ａの回転中心と同じである。

自在継手２４は、出力軸２３と回転軸２５とを連結するために、例えば一対のヨーク部材２４１，２４２およびスパイダ２４３で構成されるクロスピンジョイント方式のカルダン型ジョイント（フック型ジョイント）から構成されている。
ヨーク部材２４１およびスパイダ２４３を連結する軸とヨーク部材２４２およびスパイダ２４３を連結する軸とが直交方向に配置されることで、回転軸線を角度αに屈曲させた状態で回転を伝達可能である。

図２および図３に示される通り、テーパ状カッター１は、円錐台状の本体１Ｂのテーパ状周面に加工面１Ａが形成され、この加工面１ＡがワークＷの鉛直面Ｗ１２に回転することで、切削や研削の加工を行うことができる。
テーパ状カッター１の軸芯にテーパ状の加工面１Ａが交差する角度のうち鋭角部分は前述の角度αと同じである。そのため、テーパ状カッター１の加工面１Ａは上下端に渡ってワークＷの鉛直面Ｗ１２に当接する。
加工面１ＡのＺ軸（鉛直）に沿った寸法は、ワークＷの鉛直面Ｗ１２の鉛直方向に沿った寸法より短く設定されている。テーパ状カッター１の加工面１ＡがワークＷの鉛直面Ｗ１２に当接した状態では、加工面１Ａの鉛直面とラム１６の鉛直面との水平方向は寸法ｔだけ離れている。

次に、第１実施形態の立旋盤を用いてワークＷを加工する方法を説明する。
曲線状の鉛直面Ｗ１２の中心が回転テーブル１２の回転中心であるＣ１軸と一致するようにワークＷを回転テーブル１２の上に載置する。その後、制御装置３０からＸ軸直線駆動機構１８に指令を出してテーパ状カッター１を移動させ加工面１ＡをワークＷの鉛直面Ｗ１２に当接させる。さらに、主軸回転駆動機構２０を作動させてラム１６の主軸１７を回転駆動することで、出力軸２３、自在継手２４および回転軸２５を介してテーパ状カッター１を回転させる。テーパ状カッター１が回転することで、ワークＷの鉛直面Ｗ１２に切削などの加工がされることになる。

その後、テーパ状カッター１を回転させた状態で、制御装置３０からテーブル回転機構に指令を出してワークＷが載置された回転テーブル１２を回転させる。これにより、テーパ状カッター１によってワークＷの鉛直面Ｗ１２が平面円弧状に加工される。

鉛直面Ｗ１２の端部まで加工したなら、制御装置３０からテーブル回転機構に指令を出して回転テーブル１２を逆方向に回転させる。これにより、一度、加工した部位を再度加工することになる。なお、鉛直面Ｗ１２の所定位置まで加工したなら、再度加工をすることなく、鉛直面Ｗ１２の最初の位置にテーパ状カッター１を戻してもよい。
その後、制御装置３０からＺ軸直線駆動機構１９に指令を出して、テーパ状カッター１の鉛直面Ｗ１２に対する高さ位置を変更する。そして、前述の加工作業を繰り返す。

したがって、本実施形態では、次の作用効果を奏することができる。
（１）ラム１６の下端部に設けられテーパ状カッター１を保持する工具ホルダ２を、ラム１６の下方に配置されるホルダ本体２１と、このホルダ本体２１に設けられＺ軸周りの回転をＺ軸と交差する交差軸Ｐを回転周りとしてテーパ状カッター１に伝達する回転駆動伝達機構２２とを備え、回転駆動伝達機構２２を、交差軸Ｐを回転周りとして回転する回転軸２５を有し、交差軸ＰとＺ軸とのなす角度のうち鋭角部分の角度αを０°を超えかつ９０°未満としたので、テーパ状カッター１の加工面１Ａの少なくとも一部がラム１６より水平方向に突出する構成とすることができる。そのため、ワークＷの鉛直面Ｗ１１のＺ軸方向の寸法がワークＷの鉛直面Ｗ１１の鉛直方向に沿った長さより小さくても、ラム１６にワークＷが干渉することなく、ワークＷの鉛直面Ｗ１１を加工することができる。

（２）回転駆動伝達機構２２は、ラム１６の主軸１７に連結される出力軸２３と、この出力軸２３と回転軸２５とを連結する自在継手２４とを備えたから、立旋盤の機構として予め回転される構造となっているラム１６の主軸１７を回転軸２５の回転のための機構として用いることができる。そのため、新たに、回転駆動源を設けることを要せず、部品点数の減少を図ることができる。

（３）ワークＷを載置する部材は鉛直方向となる軸方向を回転中心として回転する回転テーブル１２であり、立旋盤として予め備えられているテーブル回転機構を用いて回転テーブル１２の上のワークＷを、Ｃ１軸を回転中心として回転させる構成としたので、曲線状の鉛直面Ｗ１２を平面円弧状に加工することができる。

以下、本発明の第２実施形態を図４および図５に基づいて説明する。
［第２実施形態］
第２実施形態は平面直線状の鉛直面を加工するためのものであり、第１実施形態とは工具ホルダ２のラム１６への取付姿勢が異なる。
図４には第２実施形態に係る立旋盤の概略が示されている。図５にはテーパ状カッターで加工されるワークの平面が示されている。

図４において、第２実施形態の立旋盤は、第１実施形態と同様に、旋盤本体１０、制御装置３０およびテーパ状カッター１を備えた構成である。
旋盤本体１０は、ベース１１、回転テーブル１２、一対のコラム１３Ａ，１３Ｂ、クロスレール１４、サドル１５、ラム１６、および主軸１７を備えて構成されており、ラム１６には工具ホルダ２が取り付けられている。
工具ホルダ２は第１実施形態の工具ホルダ２と同様の構成を有するが、第１実施形態では、工具ホルダ２の交差軸ＰがＸ軸とＺ軸とを含む平面内に位置するのに対して、第２実施形態では、工具ホルダ２の交差軸ＰがＹ軸とＺ軸とを含む平面内に位置する。

回転テーブル１２を回転駆動させるテーブル回転機構と、Ｘ軸直線駆動機構１８と、Ｚ軸直線駆動機構１９と主軸回転駆動機構２０とは制御装置３０からの指令を受けて作動するものであり、この制御装置３０は、加工時にあっては、テーパ状カッター１を回転させるように主軸回転駆動機構２０を制御するとともに、サドル１５をＸ軸方向に移動させるようにＸ軸直線駆動機構１８を制御する。つまり、制御装置３０によって、ワークＷの鉛直面Ｗ１１にテーパ状カッター１の加工面１Ａが当接された状態で回転し、かつ、ワークＷがＸ軸方向に移動するように制御される（図５の想像線参照）。

次に、ワークＷの直線状の鉛直面Ｗ１１を加工する方法を説明する。
まず、回転テーブル１２の所定位置にワークＷを載置し、制御装置３０からテーブル回転機構に指令を出して、ワークＷの直線状の鉛直面Ｗ１１がＸ軸と平行となるように回転テーブル１２を回転させる。
その後、制御装置３０からＺ軸直線駆動機構１９に指令を出してテーパ状カッター１を移動させ加工面１ＡをワークＷの鉛直面Ｗ１２に当接させる。さらに、主軸回転駆動機構２０を作動させてラム１６の主軸１７を回転駆動することで、出力軸２３、自在継手２４および回転軸２５を介してテーパ状カッター１を回転させる。テーパ状カッター１が回転することで、ワークＷの鉛直面Ｗ１１に切削などの加工がされることになる。

そして、制御装置３０からＸ軸直線駆動機構１８に指令を出して、サドル１５をＸ軸方向に沿って移動させる。これにより、サドル１５にラム１６および工具ホルダ２を介して取り付けられたテーパ状カッター１がＸ軸方向に移動し、このテーパ状カッター１の移動によってワークＷの鉛直面Ｗ１１が平面直線状に加工される。
鉛直面Ｗ１１の端部まで加工したなら、制御装置３０からＸ軸直線駆動機構１８に指令を出してラム１６を逆方向に直線移動させる。これにより、一度、加工した部位を再度加工することになる。なお、鉛直面Ｗ１１の所定位置まで加工したなら、再度加工をすることなく、鉛直面Ｗ１１の最初の位置にテーパ状カッター１を戻してもよい。
その後、制御装置３０からＺ軸直線駆動機構１９に指令を出して、テーパ状カッター１の鉛直面Ｗ１１に対する高さ位置を変更する。そして、前述の加工作業を繰り返す。

したがって、第２実施形態では、第１実施形態の（１）（２）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（４）回転テーブル１２に載置されたワークＷに対して、テーパ状カッター１が設けられたサドル１５をＸ軸直線駆動機構１８によってＸ軸方向に移動させる構成としたので、直線状の鉛直面Ｗ１１を平面直線状に加工することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲で以下に示される変形をも含むものである。
例えば、第２実施形態では、ワークＷを載置する部材を回転テーブル１２に代えて回転しない固定式のテーブルを適用することができる。
本発明では、工具ホルダ２をラム１６に対して姿勢を変更可能に取り付ける構造を採用することで、第１実施形態と第２実施形態との加工を同時に実現するものでもよい。

前記各実施形態では、ラム１６の主軸１７に連結する出力軸２３を備えて回転駆動伝達機構２２を構成したが、本発明では、出力軸２３を用いることなく、電気モータやエアーモータで回転軸２５を回転駆動させる構成としてもよい。
本発明を適用するワークは前記実施形態のポンプ用ケーシングに限定されるものではなく、種々の金属製品に適用可能であり、第１実施形態で加工するワークは円柱や円筒形状のものでもよい。
また、本発明では、立旋盤でなくても横旋盤でも適用できる。すなわち、本発明は、Ｘ軸方向、Ｚ軸方向、Ｃ１軸およびＣ２軸を制御する機能の立旋盤または横旋盤を用い、従来できなかった加工をするために、追加的に機能を拡張するものである。

本発明は、種々のワークを加工する旋盤に利用することができる。

１…テーパ状カッター（工具）、１Ａ…加工面、２…工具ホルダ、１４…クロスレール、１５…サドル、１６…ラム、１７…主軸、１８…Ｘ軸直線駆動機構、１９…Ｚ軸直線駆動機構、２０…主軸回転駆動機構、２１…ホルダ本体、２２…回転駆動伝達機構、２３…出力軸、２４…自在継手、２５…回転軸、３０…制御装置、Ｗ…ワーク、Ｗ１１…鉛直面（直線状）、Ｗ１２…鉛直面（曲線状）、Ｐ…交差軸

Claims (3)

1. ワークが載置されるテーブルと、前記テーブルの上方で水平方向であるＸ軸方向に延在するクロスレールと、前記クロスレールに案内されてＸ軸方向に沿って移動可能なサドルと、前記サドルをＸ軸方向に移動させるＸ軸直線駆動機構と、前記サドルに、鉛直方向となるＺ軸方向に沿って移動可能に取り付けられたラムと、前記ラムをＺ軸方向に移動させるＺ軸直線駆動機構と、前記ラムの下端部に設けられ工具を保持する工具ホルダと、を備え、
   前記工具ホルダは、前記ラムに設けられるホルダ本体と、前記ホルダ本体に設けられＺ軸周りの回転をＺ軸と交差する交差軸を回転周りとして前記工具に伝達する回転駆動伝達機構と、を有し、
   前記回転駆動伝達機構は、前記交差軸を回転周りとして回転する回転軸を備え、前記回転軸に前記工具が連結され、前記交差軸とＺ軸とのなす角度のうち鋭角部分の角度αは０°を超えかつ９０°未満であり、
   前記工具は、加工面がテーパ面とされたテーパ状カッターであり、前記加工面は、前記ワークの鉛直面に対向可能であり、かつ、前記回転軸の軸心と角度αで交差し、前記加工面の傾斜方向に沿った寸法は前記ワークの鉛直面の鉛直方向に沿った寸法より短い、
   ことを特徴とする旋盤。
2. 請求項１に記載された旋盤において、
   前記回転駆動伝達機構は、前記ラムの主軸に連結されＺ軸を回転周りとして回転する出力軸と、前記出力軸と前記回転軸とを連結する自在継手とを備えた、
   ことを特徴とする旋盤。
3. 請求項１または請求項２に記載された旋盤において、
   前記テーブルは鉛直方向となる軸方向を回転中心として回転する回転テーブルである、
   ことを特徴とする旋盤。

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