JP2785045B2 - ターレット刃物台装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は工作機械、特に旋盤におけるターレット刃物
台装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の最も一般的な旋盤のターレット刃物台装置は、
放射状に複数の工具が取付けられる刃物台と、この刃物
台が取付けられた割出軸と、この割出軸を割出回転する
駆動制御系と、割出軸回転の完了を確認する手段、及び
刃物台を支持案内して主軸に向って前進及び後退するス
ライドと、このスライドを前進及び後退させる駆動制御
系と、スライドの前進及び後退を確認する手段とを備え
ている。

そこで、工具交換動作は、スライドを後退させ、所定
の位置まで後退したことを確認し、次に割出軸を回転さ
せて割出完了を確認し、その後にスライドを加工位置ま
で前進させている。

従って、スライドの前進及び後退と割出軸の割出回転
のそれぞれに独立した駆動制御系を要し、干渉を防止す
るために動作の完了を確認してから次の動作を行うよう
に構成されていた。

またスライドの前進及び後退と割出軸の割出回転とを
１個の駆動制御系によって駆動制御するように特別に開
発したものとして、例えば特開昭61-34923号公報に示す
ものが知られている。この構造は、複数個の工具を保持
して旋回可能なターレットを備え本体に回転及び軸方向
摺動自在に支承された割出軸と、この割出軸をその回転
方向にのみ位置決めするための割出軸と共に軸方向に摺
動可能で回転方向には回り止めされた摺動ブロックと、
割出軸に固定された位置決め板、摺動ブロックと位置決
め板との間を固定する位置決めピンを備えた位置決め手
段と、前記割出軸を軸方向に摺動させる送りねじ手段
と、この送りねじ手段を駆動するモータと、前記割出軸
に固定された割出歯車、この割出歯車に係脱するクラッ
チ歯車及びこのクラッチ歯車を前記割出歯車に係脱させ
る連結解除手段とからなる送りねじ補正手段とを有す
る。

ここで、送りねじ補正手段は、割出軸の割出回転によ
る軸方向の移動と、その時の送りねじによる割出軸の軸
方向の移動とを相互に打消すように割出歯車、クラッチ
歯車等からなる輪列の回転数比、回転方向を定めること
によって割出軸の回転による軸方向の移動を消去するも
のである。

従って、工具交換は次のような動作によって行われ
る。まず、モータにより送りねじ手段を駆動して割出軸
を後退させ、所定の位置まで後退したことを確認してか
ら割出歯車をクラッチ歯車に噛合させる。次に割出軸の
回転方向の規制を解くように位置決めピンを作動させ
る。これらの動作の完了を確認した後にモータを駆動し
てクラッチ歯車を駆動し、割出軸を所定の角度だけ回転
させて割出す。次に位置決めピンを作動させて割出軸の
回転方向を規制する。その後にクラッチ歯車を作動させ
て割出歯車との噛合を解除する。そして、これらの動作
の完了を確認してから次の加工のために割出軸を前進さ
せる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上に述べたように、従来技術によるターレット刃物
台装置の駆動制御では、常に前の動作が終ったことを確
認した後に次の動作を行うように構成されていた。

例えば、前記した一般の旋盤におけるターレット刃物
台装置は、スライドが確実に後退し又は割出軸が所定の
位置まで割出されたことを確認した後でなければ次のス
テップの動作を行うことができない。

また前記した特別なターレット刃物台装置において
も、割出が最後退位置まで後退してクラッチ歯車に噛合
したことを確認した後に位置決めピンを作動させ、また
位置決めピンが作動したことを（位置決め板から外れた
こと）を確認した後にモータを駆動してクラッチ歯車を
回転させ、また割出軸が所定の角度だけ割出されたこと
を確認した後に位置決めピンを作動させて割出軸の回転
を規制し、位置決めピンが確実に割出軸の回転を規制す
る動作を行ったことを確認した後にクラッチ歯車を作動
させて割出歯車との噛合を解除させる等の動作を必要と
する。

ところで、時代の趨勢は生産性の向上のため、非切削
時間（アイドルタイム）をできるだけ削減する方向にあ
る。しかしながら、上記従来技術は、動作の確認を繰返
すのでアイドルタイムが多く、高速な割出位置決めが行
えないという問題があった。

本発明の目的は、アイドルタイムである工具交換時間
の短縮が図れるターレット刃物台装置を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、複数個の工具を保持して旋回可能なター
レットを備え、その旋回中心に平行に後退し旋回して工
具交換を行い、再び前進して次の加工を行うターレット
刃物台装置において、前記ターレットを支持して旋回
し、旋回中心に平行に摺動可能な割出軸と、この割出軸
をターレットと共に旋回させる旋回駆動手段と、前記割
出軸に固定された第１の割出位置決め部材と、前記割出
軸の旋回中心に平行に移動可能でその旋回方向に固定さ
れた移動台と、この移動台に固定され前記第１の割出位
置決め部材と相互に係合して前記割出軸を旋回方向に位
置決めする第２の割出位置決め部材と、前記割出軸と前
記移動台とを前記割出軸の旋回中心に平行に相対移動さ
せて前記第１及び第２の割出位置決め部材を相互に係合
させて割出軸と移動台とを１体に結合する位置決め部材
係脱手段と、前記割出軸または前記移動台のいずれか一
方に設けられ割出軸の旋回中心に平行な方向に摺動させ
る送りねじ手段と、この送りねじ手段を回転させる送り
ねじ駆動手段と、前記送りねじ手段による前記割出軸と
前記移動台のいずれか一方の後退方向への移動に伴うい
ずれか他方の移動を係止して停止させるストッパ手段と
を有することにより達成される。

〔作用〕

本発明のターレット刃物台装置では、工具交換時に
は、まず送りねじ駆動手段によって割出軸または移動台
のいずれか一方に設けられたNC制御される送りねじ手段
を回転させて割出軸または移動台のいずれか一方を後退
させ、これに伴って他方（以下「いずれか他方」とい
う）も共に後退する。割出軸もしくは移動台のいずれか
一方の後退に伴ういずれか他方の後退動作がストッパ手
段に当接して停止する前に適宜信号を出力して位置決め
部材係脱手段を作動させて一対の割出位置決め部材のた
めの加圧を解き、いずれか他方をストッパに当接するこ
とによって割出位置決め部材を強制的に分離し割出軸の
回転方向の規制を解く。次に旋回駆動手段を駆動させて
割出軸を回転させて所定の回転角度だけ割出回転する。
その後に次の加工のために割出軸を前進させる。この前
進動作によって一対の割出位置決め部材は再び相互に係
合し、同時に位置決め部材係脱手段を動作させて割出軸
を位置決め固定する。

ここで、位置決め部材係脱手段の動作のための信号
は、例えば送りねじ駆動手段及び旋回駆動手段にエンコ
ーダ付きサーボモータを使用してそれぞれNC制御するこ
とにより、サーボモータの回転位置を検出することによ
り割出軸の送り動作時における所定の位置で出力するこ
とができる。

こうして、割出軸を後退させながらその動作によって
位置決め部材の係合を解き、その後に直ちに割出軸の割
出を行い、再び割出軸を前進させながらその動作によっ
て位置決め部材を係合させることができるので、アイド
ルタイムが殆どない高速の工具交換が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図により説
明する。第１図に示すように、被加工物１を保持して回
転する主軸２の中心線に直交して配設された割出軸３
は、本体４に固定されたブッシュ５、６に回転摺動自在
に支承されている。割出軸３の前端には、複数個のバイ
ト７が保持される第１の刃物台８が固定され、この第１
の刃物台８にはドリル９が保持される第２の刃物台10が
固定されてターレット18を構成している。割出軸３の中
間部には円筒状の第１の移動台11が回転摺動自在に支承
され、この第１の移動台11には第２の移動台12が固定さ
れて両方の移動台11、12で移動台19を構成している。

本体４には割出軸３に平行に配設された回り止め棒13
が固定されており、この回り止め棒13にはブッシュ14を
介して前記第２の移動台12が軸方向に摺動自在に嵌押さ
れている。また本体４には割出軸３に平行に配設された
送りねじ軸15が回転自在に支承されており、この送りね
じ軸15には前記第２の移動台12に固定された送りナット
16が螺合している。送りねじ軸15は本体４に固定された
サーボモータ17の出力軸に固定されており、サーボモー
タ17は図示しない数値制御装置により制御されて回転す
る。

前記第２の移動台12には割出軸３の嵌合部の前端に第
２の割出位置決め部材20が固定されており、この第２の
割出位置決め部材20の前端には中心方向に向って放射状
に溝が等間隔に形成された歯部20aが設けられている。
第２の割出位置決め部材20に対向して配設された第１の
割出位置決め部材21は割出軸３に固定されており、この
第１の割出位置決め部材21には前記第２の割出位置決め
部材20の歯部20aに噛合する歯部21aが歯部20aと同様に
形成されてカップリング31を構成している。前記第１の
移動台11を覆うように割出軸３には固定部材22が嵌装さ
れ、第１の移動台11と固定部材22とで油圧室23を形成し
ており、この油圧室23からの油の漏れを防止するために
第１の移動台11と固定部材22の摺動部にはＯリング24、
25が設けられている。固定部材22には外部より前記油圧
室23に連通するように油穴22aが設けられており、この
油穴22aの外端側には油供給継手26が取付けられてい
る。この油供給継手26は管路27を介して電磁弁28に接続
され、第１図のように割出軸３が前進して第１及び第２
の割出位置決め部材21、20からなるカップリング31が噛
合した状態においては、管路27は電磁弁28を介してポン
プ29に連通している。電磁弁28を切換えて管路27を油タ
ンク30に連通させる切換えは、前記サーボモータ17に設
けられたエンコーダからの信号により図示しない数値制
御装置によって行われる。

また割出軸３の後部には肩3aが形成され、割出軸３の
摺動に従ってブッシュ６の前端面に当接することによっ
てその摺動が係止されるストッパ手段となっている。ま
た割出軸３には前記固定部材22の後方に割出従動歯車35
が固定されている。この割出従動歯車35は、第２図に示
すように、本体４に回転自在に支承された割出駆動軸36
の前端側に固定された割出駆動歯車37に噛合している。
割出駆動軸36の後端側には伝達従動歯車38が固定されて
おり、この伝達従動歯車38はサーボモータ39の出力軸に
固定された伝達駆動歯車40に噛合している。ここで、前
記サーボモータ39は割出軸３を旋回駆動する旋回駆動手
段であり、図示しない数値制御装置により制御されて回
転し、本体４に固定されたモータ支持体41に固定されて
いる。

次にかかる構成よりなるターレット刃物台装置の作用
を第３図に示すタイミング図を参照しながら説明する。
第３図において、Ｘ軸は割出軸３の中心軸に平行な方向
を、Ｙ軸は割出軸３の回転軸方向をそれぞれ示す。

第１図に示すように、ターレット18が前進した状態に
おいては、管路27は電磁弁28を介してポンプ29に連通し
ており、油圧室23には油圧がかけられている。即ち、第
１の移動台11、第２の移動台12、送りナット16及び第２
の割出位置決め部材20は一体で、これらは送りねじ軸15
を回転させない限り位置は不動であるので、固定部材22
は油圧室23の油圧によって右方向に押圧されている。固
定部材22は割出軸３と一体であるので、割出軸３と一体
の第１の割出位置決め部材21が第２の割出位置決め部材
20の方向に付勢されて噛合している。この状態でサーボ
モータ17を駆動して送りねじ軸15を回転させると、割出
軸３が前進又は後退する。

ターレット18を割出旋回する場合には、第１図の状態
より割出軸３が後退するようにサーボモータ17を駆動
し、第２の移動台12を移動させる。この後退駆動は、第
３図にＸ軸で示すように、早送り速度V₁（例えば12m/mi
n）まで加速45させ、速度V₁の等速46で駆動し、その後
に減速47させて位置Ａで一旦低速度V₂（例えば1m/min）
の速度48で駆動して最後に停止させる。また割出軸３が
減速47で後退している途中の位置Ｃでエンコーダの出力
により数値制御装置から電磁弁28を切換える信号が出力
され、油圧室23に連通する管路27を油タンク30に連通さ
せる。

一方、割出軸３は定速V₂となった後の位置Ｂでストッ
パ手段を構成している割出軸３の肩3aがブッシュ６の前
端面と当接するためこの位置で後退が停止するが、送り
ねじ軸15は更に回転するので第２の移動台12は更に右進
する。これにより、位置Ｂで割出軸３は停止するので、
油圧室23の油は第１の移動台11の右方向の移動によって
押し出され、油穴22a、油供給継手26、管路27、電磁弁2
8を通って油タンク30に排出される。この動作によって
第２の移動台12は割出軸３に対して相対的に移動し、第
２の割出位置決め部材20は第１の割出位置決め部材21よ
り離れ、割出軸３はその回転方向（Ｙ軸）の規制を解か
れることになる。

第２の移動台12が所定の位置まで後退すると、ターレ
ット18、即ち割出軸３に必要な工具割出のための回転角
に見合った回転角分の回転指令が数値制御装置より直ち
にサーボモータ39に与えられる。実際にはサーボモータ
17の図示しないエンコーダの出力によってサーボモータ
17が停止すると直ちにサーボモータ39が回転し、その回
転は伝達駆動歯車40から伝達従動歯車38、割出駆動軸3
6、割出駆動歯車37、割出従動歯車35を介して割出軸３
に伝達される。これにより、ターレット18が必要な回転
角度だけ割出され、次の加工に必要な工具をその使用位
置に置くことになる。

ターレット18の割出終了後、サーボモータ17が送りね
じ軸15を駆動して第２の移動台12が前進させられる。こ
の時、割出軸３は未だ移動をしないので、この前進動作
により、第２の割出位置決め部材20が第１の割出位置決
め部材21に噛合する。噛合した後は割出軸３も第２の移
動台12と共に前進させられる。この送りねじ軸15の回転
による前進の速度は、第３図にＸ軸で示すように、加
速、等速51、減速52で駆動される。割出軸３が加速50さ
れている途中の位置で数値制御装置からの信号により電
磁弁28が切換えられて管路27はポンプ29に連通される。
これにより、油圧室23には油が充満されて一定圧力がか
かる。この加圧によって第１の割出位置決め部材21は第
２の割出位置決め部材20に押圧され、両者は確実に噛み
合い、割出軸３は正確に位置決めされ、回転方向に固定
される。

こうして、割出軸３を後退させながらその動作によっ
て位置決め部材20、21の係合を解き、この後に直ちに割
出軸３の軸出を行い、再び割出軸３を前進させながらそ
の動作によって位置決め部材20、21を係合させることが
できるので、アイドルタイムが殆どない高速の工具交換
が可能となる。

第４図は本発明の他の実施例を示す。なお、第１図及
び第２図と同じ又は相当部材には同一符号を付して説明
する。前記実施例では送りねじ手段（送りねじ軸15、送
りナット16）による送りを第２の移動台12及び第１の移
動台11を介して割出軸３に伝達するようにしたが、本実
施例は従来例と同様に直接割出軸３に伝達するようにな
っている。即ち、割出軸３の後端に送りナット16が固定
されているので、この送りナット16に螺合する送りねじ
軸15は割出軸３の中心線上に配設されて支持体41に回転
自在に支承されている。また送りねじ軸15は従来例と同
様に歯車によって回転駆動してもよいが、本実施例の場
合には送りねじ軸15にプーリ55が固定され、このプーリ
55は図示しないサーボモータによってベルト56を介して
駆動されるようになっている。従って、送りねじ軸15が
回転駆動されると、送りナット16を介して割出軸３が前
進又は後退する。

また本実施例においては、第１の移動台11の後方側に
第２の割出位置決め部材20を固定し、この第２の割出位
置決め部材20に噛合する第１の割出位置決め部材21を割
出従動歯車35に固定してある。また第１の移動台11の前
方側に固定部材22を割出軸３に嵌合させて配設して油圧
室23を形成している。また第２の移動台12の後退位置を
決めるストッパ57を回り止め棒13に固定している。

従って、油圧室23に油圧がかかった状態においては、
だい１の移動台11は後方に押圧され、第２の割出位置決
め部材20は第１の割出位置決め部材21に噛合している。
また割出軸３を後退させてターレット18を割出する動作
のタイミングは前記実施例と同様である。即ち、第２の
移動台12がストッパ57に当接する直前に油圧室23の油を
排出させると、第２の移動台12がストッパ57に当接して
第１の移動台11、第２の移動台12及び第２の割出位置決
め部材20の後退が停止しても、油圧室23の空間分だけ割
出軸３は後退できるので、この割出軸３の後退によって
第１の割出位置決め部材21は第２の割出位置決め部材20
より離れ、割出軸３はその回転方向の規制を解かれるこ
とになる。そこで、前記実施例と同様に後退が終ると同
時に割出駆動軸承36を回転させることにより、割出軸３
を必要な角度割出すことができる。

従って、本実施例によっても前記実施例と同様の効果
が得られる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、割
出軸を後退させながらその動作によって位置決め部材の
係合を解き、その後に直ちに割出軸の割出を行い、再び
割出軸を前進させながらその動作によって位置決め部材
を係合させることができるので、アイドルタイムが殆ど
ない高速の工具交換が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のターレット刃物台装置の一実施例を示
す断面図、第２図は駆動機構部分の第１図の横断面図、
第３図はタイミング図、第４図は本発明のターレット刃
物台装置の他の実施例を示す断面図である。 3:割出軸、3a:肩、 4:本体、５、6:ブッシュ、 8:第１の刃物台、10:第２の刃物台、 11:第１の移動台、12:第２の移動台、 13:回り止め棒、15:送りねじ軸、 16:送りナット、17:サーボモータ、 18:ターレット、19:移動台、 20:第２の割出位置決め部材、 20a:歯部、 21:第１の割出位置決め部材、 21a:歯部、22:固定部材、 22a:油穴、23:油圧室、 26:油供給継手、27:管路、 28:電磁弁８、29:ポンプ、 30:油タンク、35:割出従動歯車、 36:割出駆動軸、37:割出駆動歯車、 38:伝達従動歯車、39:サーボモータ、 40:伝達駆動歯車、57:ストッパ。

フロントページの続き (72)発明者 加藤 伸一 埼玉県所沢市下富840番地 シチズン時 計株式会社所沢事業所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23B 21/00 B23B 29/24,29/34 B23Q 16/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の工具を保持して旋回可能なターレ
   ットを備え、その旋回中心に平行に後退し旋回して工具
   交換を行い、再び前進して次の加工を行うターレット刃
   物台装置において、前記ターレットを支持して旋回し、
   旋回中心に平行に摺動可能な割出軸と、この割出軸をタ
   ーレットと共に旋回させる旋回駆動手段と、前記割出軸
   に固定された第１の割出位置決め部材と、前記割出軸の
   旋回中心に平行に移動可能でその旋回方向に固定された
   移動台と、この移動台に固定され前記第１の割出位置決
   め部材と相互に係合して前記割出軸を旋回方向に位置決
   めする第２の割出位置決め部材と、前記割出軸と前記移
   動台とを前記割出軸の旋回中心に平行に相対移動させて
   前記第１及び第２の割出位置決め部材を相互に係合させ
   て割出軸と移動台とを１体に結合する位置決め部材係脱
   手段と、前記割出軸または前記移動台のいずれか一方に
   設けられ割出軸の旋回中心に平行な方向に摺動させる送
   りねじ手段と、この送りねじ手段を回転させる送りねじ
   駆動手段と、前記送りねじ手段による前記割出軸と前記
   移動台のいずれか一方の後退方向への移動に伴ういずれ
   か他方の移動を係止して停止させるストッパ手段とを有
   するターレット刃物台装置。