JP2018086708A

JP2018086708A - 工作機械

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Publication number: JP2018086708A
Application number: JP2016231636A
Authority: JP
Inventors: 広基村澤; Hiroki Murasawa
Original assignee: Brother Industries Ltd
Current assignee: Brother Industries Ltd
Priority date: 2016-11-29
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-06-07
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: JP6729329B2

Abstract

【課題】主軸ヘッドの移動範囲を拡大し、ワークの加工の自由度を高めることができる工作機械を提供する。【解決手段】工作機械１は、ワークを加工する工具を一端部に装着する主軸２０と、主軸２０の他端部に連結しているモータ２２と、主軸２０を軸回りに回転可能に保持し、主軸２０の軸長方向に移動可能な主軸ヘッド２と、工具を把持する把持部５を有し、主軸ヘッド２に対向するマガジンとを備え、主軸ヘッド２は、マガジン側に突出しているカム２４と、モータ２２を支持する支持台２１とを有し、把持部５は、主軸ヘッド２の移動に伴ってカム２４に接離するカム従動子５２を有し、支持台２１は、主軸ヘッド２に対するカム従動子５２の相対的な移動経路に位置し、支持台２１の内側に凹む凹部２１ｂを有する【選択図】図４

Description

本発明は、工具を装着し、軸回りに回転可能な主軸を備える工作機械に関する。

従来、工作機械は、ワークを加工する工具を一端部に装着する主軸と、主軸の他端部に連結しているモータと、主軸を軸回りに回転可能に保持し、昇降可能な主軸ヘッドとを備える。主軸ヘッドは、該モータを支持する支持台を有する。工作機械は、ワークをテーブル上に保持し、モータの駆動による工具を装着した主軸の回転により、フライス加工、ねじ立て等種々の加工を行う。

主軸に装着する工具は、ワークの加工の種類により交換する必要がある。工作機械は、工具の交換のために、例えば、タレット式のマガジンを備える。マガジンは、工具を把持する把持部を有し、主軸ヘッドに対向する。また、主軸ヘッドは、マガジン側に突出しているカムを有し、把持部は、主軸ヘッドの昇降の際にカムに接離するカム従動子を有する。把持部はカム従動子のカムへの接離に連動して揺動する。工作機械は、把持部の揺動により工具の交換を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２３３７５６号公報

しかしながら、支持台がカム従動子の相対的な移動経路上に位置する場合、主軸ヘッドの下降において、カム従動子がモータ又はモータの支持台に接触又は衝突する虞がある。このため、主軸ヘッドの移動範囲が少なくなり、ワークの加工の自由度が低減するという問題がある。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、主軸ヘッドの移動範囲を拡大し、ワークの加工の自由度を高めることができる工作機械を提供することにある。

本発明に係る工作機械は、ワークを加工する工具を一端部に装着する主軸と、該主軸の他端部に連結しているモータと、前記主軸を軸回りに回転可能に保持し、前記主軸の軸長方向に移動可能な主軸ヘッドと、工具を把持する把持部を有し、前記主軸ヘッドに対向するマガジンとを備える工作機械において、前記主軸ヘッドは、前記マガジン側に突出しているカムと、前記モータを支持する支持台とを有し、前記把持部は、前記主軸ヘッドの移動に伴って前記カムに接離するカム従動子を有し、前記支持台は、前記主軸ヘッドに対する前記カム従動子の相対的な移動経路に位置し、前記支持台の内側に凹む凹部を有することを特徴とする。

本発明によれば、凹部においては、カム従動子が支持台に衝突又は接触することを防止することができる。従って、支持台がカム従動子の相対的な移動経路に位置する場合であっても、主軸の軸長方向における凹部の深さの寸法に相当する分、カム従動子が相対的に移動できる。従って、主軸ヘッドの移動範囲を拡大し、ワークの加工の自由度を高めることができる。

本発明に係る工作機械は、前記凹部の凹面は、前記カムに対向していることを特徴とする。

本発明によれば、凹面がカムに対向しているので、支持台は、凹部において、支持台側からモータを覆うこととなる。従って、凹部において、支持台及びモータの間から、モータ内に異物が侵入することを良好に防止することができる。

本発明に係る工作機械は、前記凹部は、前記軸長方向の全体にわたって凹み、前記モータは、前記凹部に連なり、前記モータの内側に凹む凹溝を有することを特徴とする。

本発明によれば、凹部及び凹溝において、カム従動子が支持台及びモータに衝突又は接触することを防止することができる。従って、支持台及びモータの一部がカム従動子の相対的な移動経路に位置する場合であっても、主軸の軸長方向における凹部及び凹溝の寸法に相当する分、カム従動子が相対的に移動できる。従って、主軸ヘッドの移動範囲をより拡大し、ワークの加工の自由度をより高めることができる。

本発明によれば、主軸ヘッドの移動範囲を拡大し、ワークの加工の自由度を高めることができる。

実施の形態１に係る工作機械の外観斜視図である。主軸ヘッドの部分正面図である。把持部及び主軸ヘッドを示す部分正面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線による部分断面図である。実施の形態２に係る工作機械が備える主軸ヘッドの部分正面図である。

以下、本発明に係る工作機械についてその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る工作機械１の外観斜視図である。なお、以下の説明において使用する前後、左右及び上下の方向は、各図中に示してある。また、以下において、Ｘ軸方向は左右方向に、Ｙ軸方向は前後方向に、Ｚ軸方向は上下方向に対応する。

工作機械１は基台１１、コラム１２、主軸ヘッド２、マガジン３、テーブル１５、制御ユニット６を備える。基台１１は床面上に固定する。コラム１２は基台１１の上部後方に設ける。

テーブル１５は基台１１の上部前方に設置し、ワークを着脱可能に固定する。テーブル１５はＸ軸送り機構１６によってＸ軸方向へ移動可能であり、Ｙ軸送り機構１７によってＹ軸方向へ移動可能である。Ｘ軸送り機構１６はＸ軸モータ（図示略）によって駆動し、Ｙ軸送り機構１７はＹ軸モータ（図示略）によって駆動する。

主軸ヘッド２は、ブロック状をなし、コラム１２の前面に沿ってＺ軸方向に昇降可能である。主軸ヘッド２は、コラム１２の前面に位置し、上下方向に延びる１対のガイドレールにより支持し、ガイドレールに平行に延設したボールネジ機構（不図示）により昇降可能である。ボールネジ機構はＺ軸モータによって駆動する。

マガジン３は、主軸ヘッド２の前方に位置し、主軸ヘッド２に対向している。マガジン３は、コラム１２の上部左右に固定した前後方向に長い１対の板状のフレーム１４の前端部に固定する。ここで、主軸ヘッド２は、二枚のフレーム１４の内側を移動する。なお、図１においては一方のフレーム１４のみを図示している。

マガジン３は、タレット式であり、円盤状のマガジン本体３１、複数の把持部５を備える。フレーム１４は前方下がりに傾斜した支持軸（不図示）を固定する。支持軸は軸受等を介してマガジン本体３１を回転自在に支持する。マガジン本体３１はマガジンモータ（図示略）により回転駆動する。

複数の把持部５はマガジン本体３１の外周縁部に所定の中心角で周方向に等間隔に並び、全体として円環状をなすように配列する。各把持部５は、工具４１を把持する。図１においては、１本の工具４１を示しているが、任意の把持部５が夫々工具を把持していてもよい。

制御ユニット６はコラム１２の後方に設け、各モータ等を制御する。制御プログラムに従った制御ユニット６の動作により、主軸ヘッド２が昇降する。また、制御ユニット６の動作により、後述する主軸２０に装着した工具４１が、後述する主軸モータ２２の駆動により高速回転し、ワークの加工を行う。テーブル１５上のワークは、テーブル１５の移動に伴い、工具４１に対して、前後方向及び左右方向に相対移動する。

図２は、主軸ヘッド２の部分正面図である。図３は、把持部５及び主軸ヘッド２を示す部分正面図である。図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線による部分断面図である。

主軸ヘッド２は、内部に上下方向に長い円筒状の主軸２０をＺ軸回りに回転自在に支持する。主軸２０の下端部は、主軸ヘッド２の下面から下側に突出している。主軸２０は、下端部に円錐状の工具保持穴を有し、該工具保持穴に工具ホルダ４０を装着し、工具ホルダ４０は工具４１を保持する。保持した工具４１は下向きになる（図１参照）。

主軸２０は内部に上下方向に長いドローバー２５を有する。ドローバー２５は、下端部にクランプフィンガー（図示略）を有しており、クランプフィンガーは、ドローバー２５が上昇することにより、主軸２０の下端部に装着する工具ホルダ４０を把持する。これにより、主軸２０は、工具保持穴に嵌挿した工具ホルダ４０を下端部に固定する。主軸２０は、内部にコイルばね（図示略）を有しており、コイルばねはドローバー２５を上方に付勢している。

主軸ヘッド２は、内部において、一端部がドローバー２５の上側に位置している回転アーム２６を有する。支持体（図示略）が、回転アーム２６を、左右方向を軸として回転可能に支持する。回転アーム２６は、下側への回転により、一端部がドローバー２５を押し下げる。回転アーム２６は、例えば主軸ヘッド２が有する図示しないカム機構により、主軸ヘッド２の下降に連動して一端部が上側に回転し、主軸ヘッドの上昇に連動して一端部が下側に回転する。

主軸ヘッド２が上昇した場合、回転アーム２６の一端部が下側に回転してドローバー２５を押し下げ、ドローバー２５が下降し、クランプフィンガーが工具ホルダ４０を解放し、これにより主軸２０に装着した工具４１が主軸２０から離脱する。また、主軸ヘッド２が下降した場合、回転アーム２６の一端部が上側に回転してドローバー２５は、コイルばねによる付勢力により上側に移動する。また、クランプフィンガーは、主軸２０に装着した工具ホルダ４１を把持する。これにより、主軸２０は、工具４０を下端部に固定する。

主軸ヘッド２は、上部において、支持台２１を介して主軸モータ２２を装備している。支持台２１は、四角形枠状をなしており、主軸ヘッド２の上部に位置する。支持台２１は、内周面の下端部において、周面全体から内向きに突出する突出部２１ａを有している。従って、支持台２１の内周面は、段差を有している。突出部２１ａは、内周面の下端部において、周面全体から内向きに突出する円筒部を有している。

主軸モータ２２は、下端部において、最下部よりも上側に、周面全体から外向きに張り出す四角形状の鍔部２２ａを有する。従って、主軸モータ２２の下端部は、段差を有している。

主軸モータ２２の下端面の周縁部は、突出部２１ａの上面に接しており、鍔部２２ａの下面が、支持台２１の上面に接している。主軸モータ２２の段差と、支持台２１の段差とが対応するように配することにより、支持台２１における主軸モータ２２の位置決めを行う。

主軸モータ２２は、下端面から下側に突出する出力軸２２０を有する。出力軸２２０は、下端部が主軸ヘッド２の内部に位置しており、カップリング２３を介して、主軸２０の上端部に連結している。これにより、主軸２０は、主軸モータ２２に連結し、主軸モータ２２の駆動に連動して回転する

主軸ヘッド２は、前面にカム２４を備える。カム２４は主軸ヘッド２の前面から前側に突出し且つ上下方向に延びる板状である。カム２４の端面が、後述のカム従動子５２に当接するカム面をなし、マガジン３に対向する。カム２４は、主軸ヘッド２の前面において左右方向の中央よりも右側に位置する。カム２４は、主軸ヘッド２の前面の上端部から下端部にかけて延びている。カム２４は、上端部において、下方から上方にかけて、突出幅（前後幅）がテーパ状に減少している。

把持部５は揺動アーム５０、把持ピン５１、カム従動子５２等を備える。揺動アーム５０は上下に延び屈曲した形状である。揺動アーム５０は上端部に支持軸５３を有し、支持軸５３回りに揺動可能である。支持軸５３は支持体５４で回転可能に支持し、支持体５４はマガジン本体３１に固定する。支持軸５３はマガジン本体３１の円周接線方向に平行である。故に揺動アーム５０は、マガジン本体３１において、上下方向の最下部にあるときに、支持軸５３が左右方向となり、下端部が前後方向に揺動する。

揺動アーム５０の下端部は二股に分かれ、把持ピン５１は、二股の各先端部に互いに対向するように位置している。２つの把持ピン５１は圧縮コイルバネによって付勢することで互いに相手方向へ突出しており、圧縮コイルバネによる付勢力に抗して力を受けることで後退可能である。

揺動アーム５０は上端部にレバー５５を有する。レバー５５は主軸ヘッド２側に突出している。レバー５５は、先端部において支持軸５３と平行な軸心回りに回転自在にカム従動子５２を支持する。

カム従動子５２は例えば遊転コロである。カム従動子５２は、主軸ヘッド２の昇降に伴ってカム機構２０のカム２４に接離する。カム従動子５２が、主軸ヘッド２の昇降に伴って、カム２４に接離し、主軸ヘッド２に対して相対的に移動することにより、揺動アーム５０は、支持軸５３回りに前後方向に揺動する。揺動によって、揺動アーム５０の下端部が主軸２０に対して接近及び離反する。

揺動アーム５０の揺動によって下端部が主軸２０に接近することにより、２つの把持ピン５１が工具ホルダ４０を把持する。揺動アーム５０は、揺動によって下端部が主軸２０から離反することにより、２つの把持ピン５１が工具ホルダ４０を離す。

支持台２１は、前側部分において、凹部２１ｂを有する。凹部２１ｂは、下側から上後方に向けて凹んでいる。凹部２１ｂの凹面は、マガジン３及びカム２４に対向している。凹部２１ｂは、上下方向におけるカム２４の延長線上に位置している。従って、凹部２１ｂは、カム従動子５２の主軸ヘッド２に対する相対的な移動経路に位置しており、主軸ヘッド２の下降におけるカム従動子５２の相対移動の終端部分に相当する。

なお、図２に示すように、凹部２１ｂは、左右方向において所定の幅を有するが、図示の幅に限らず、カム従動子５２が入ることが可能であれば、いかなる幅であってもよい。同様に、凹部２１ｂの前後方向の深さの寸法も図４に示す寸法に限られない。更に、凹部２１ｂの上下方向の深さの寸法は、工作機械の設計に合わせた任意の深さであってよい。また、凹部２１ｂの形状は図示の形状に限られず、カム従動子５２が入ることが可能であれば、いかなる形状であってもよい。

主軸ヘッド２の昇降について説明する。主軸ヘッド２が上昇すると、工具４１が主軸２０から離脱する。図示は省略するが、主軸ヘッド２の上昇に伴って、揺動アーム５０は支持軸５３を中心に下端部が最も後方へ揺動した姿勢になる。このとき、揺動アーム５０の下端部に設けた２つの把持ピン５１が工具ホルダ４０を把持した状態となる。また、主軸ヘッド２が更に上昇した場合、カム従動子５２はカム２４から離れる。このとき揺動アーム５０の下端部の２つの把持ピン５１が工具ホルダ４０を把持している。また、上述の如く、ドローバー２５が下降し、クランプフィンガーが工具ホルダ４０を解放する。これにより、工具４１が主軸２０から離脱する。

ここで、工具ホルダ４０が主軸２０からＺ軸方向に離間した状態においてマガジン本体３１が主軸ヘッド２と機械的に干渉することなく回転可能となる。制御ユニット６からの指令によってマガジンモータがマガジン本体３１を回転し、主軸２０に装着すべき工具ホルダ４０を主軸２０の直下に位置決めする。

主軸ヘッド２が下降することにより、工具４１を主軸２０に装着する。図示は省略するが、主軸ヘッド２の下降に伴って、カム従動子５２がカム２４の下端部に当接し始める。主軸２０の下端部に設けた工具保持穴に工具ホルダ４０が嵌合する。また、上述の如く、ドローバー２５は、コイルばねによる付勢力により上側に移動し、クランプフィンガーは、主軸２０に装着した工具ホルダ４０を把持する。

主軸ヘッド２が更に下降した場合、揺動アーム５０の下端部が下方へ押し出され、２つの把持ピン５１が工具ホルダ４０から離れる。工具ホルダ４０はドローバー２５によって主軸２０に固定しており、これにより、主軸２０は工具４１を保持している。主軸ヘッド２は、更に下方向へ下降することにより、加工領域内の任意の位置に移動する。このとき、主軸ヘッド２は、カム従動子５２が凹部２１ｂ内に位置するまで、下降することができる。

以上の構成によれば、凹部２１ｂにおいては、カム従動子５２が支持台２１に衝突又は接触することを防止することができる。従って、上下方向における凹部２１ｂの深さの寸法に相当する分、カム従動子５２が相対的に移動できる。従って、主軸ヘッド２の移動範囲を拡大し、工作機械１におけるワークの加工の自由度を高めることができる。

また、凹部２１ｂの凹面がカム２４に対向しているので、支持台２１は、凹部２１ｂにおいて、支持台２１側から主軸モータ２２を覆うこととなる。従って、凹部２１ｂにおいて支持台２１及び主軸モータ２２の間から、主軸モータ２２内にクーラント等の異物が侵入することを防止することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２においては、実施の形態１と支持台の凹部及びモータの形状が異なる。図５は実施の形態２に係る工作機械１が備える主軸ヘッド２の部分正面図である。実施の形態２に係る工作機械１の構成について、実施の形態１と同様な構成については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

支持台２１の凹部２１ｂは、上下方向全体にわたって凹んでいる。主軸モータ２２の鍔部２２ａは、前側において、凹部２１ｂに連なるように上下方向全体に亘って、主軸モータ２２の内側に向けて凹む凹溝２２ｂを有する。従って、凹溝２２ｂは、上下方向におけるカム２４の延長線上に位置し、カム従動子５２の主軸ヘッド２に対する相対的な移動経路に位置する。なお、凹溝２２ｂは、カム従動子５２の主軸ヘッド２に対する相対的な移動経路に位置していれば、主軸モータ２２の鍔部２２ｂ以外の部分に設けてもよく、カム従動子５２が入ることができれば、いかなる形状であってもよい。

以上の構成によれば、主軸ヘッド２の下降において、凹部２１ｂ及び凹溝２２ｂにおいて、カム従動子５２が支持台２１及び主軸モータ２２の鍔部２２ａに衝突又は接触することを防止することができる。従って、上下方向における凹部２１ｂ及び凹溝２２ｂの寸法に相当する分又はそれ以上にカム従動子５２が相対的に移動できる。従って、主軸ヘッド２の移動範囲をより拡大し、工作機械１において、ワークの加工の自由度をより高めることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示し、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むことを意図している。即ち、本発明の技術的範囲は、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせた実施形態も含む。

１工作機械
２主軸ヘッド
２０主軸
２１支持台
２１ｂ凹部
２２主軸モータ（モータ）
２２ｂ凹溝
２４カム
３マガジン
４１工具
５把持部
５２カム従動子

Claims

ワークを加工する工具を一端部に装着する主軸と、該主軸の他端部に連結しているモータと、前記主軸を軸回りに回転可能に保持し、前記主軸の軸長方向に移動可能な主軸ヘッドと、工具を把持する把持部を有し、前記主軸ヘッドに対向するマガジンとを備える工作機械において、
前記主軸ヘッドは、前記マガジン側に突出しているカムと、前記モータを支持する支持台とを有し、
前記把持部は、前記主軸ヘッドの移動に伴って前記カムに接離するカム従動子を有し、
前記支持台は、前記主軸ヘッドに対する前記カム従動子の相対的な移動経路に位置し、前記支持台の内側に凹む凹部を有する
ことを特徴とする工作機械。
前記凹部の凹面は、前記カムに対向していることを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
前記凹部は、前記軸長方向の全体にわたって凹み、
前記モータは、前記凹部に連なり、前記モータの内側に凹む凹溝を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。