JP3060833B2 - ボール盤の回転数変速装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ボール盤における歯車
の変速方式の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、主軸に対する変速を歯車列の変換
で行う工作機械として、実公昭５５−３５４８７号公報
がある。これは、歯車を完全に停止させた状態で切換え
歯車を歯車軸に対して平行に移動させて相手の歯車の高
速歯車又は低速歯車に切換えたときに切換え歯車の山
と、切換え歯車と噛み合う歯車の谷が一致するように歯
車の歯数比を工夫して、歯車同士が円滑に噛み合うよう
にしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような変
速装置は、歯車を完全に停止させた状態でなければ、変
換時に切換え歯車の歯の山と相手歯車の歯の谷が完全に
一致しない。よって、歯車駆動状態から切換え歯車を移
動したい場合は、いったん電動機の停止操作を行い、歯
車が完全に停止（通常、停止操作から停止するまで約５
秒）してから行わなければならないため、変速時の作業
性を著しい低下させていた。また、歯車が完全に停止し
ないまま、切換え歯車を移動させてしまうと、切換え歯
車と相手歯車が離れたときに各自惰性で回転するため歯
車間の噛み合い位置がずれてしまう。この場合は、切換
え歯車を移動させたあと、歯車を回転させ噛み合い位置
を探しだす必要があった。また、完全な噛み合い位置を
検出する手段がないために、誤って不完全な噛み合いに
なる可能性がある。このような状態で高速回転させてし
まうと、歯面を損傷する事故が発生し、機械本体の精
度、寿命の低下を招いていた。

【０００４】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解消し、歯車の切換えを短時間で確実に噛み合わせ
をすることである。また、他の目的は、作業者に歯車の
切換え作業中であることを認識させるとともに切換え作
業中の切削運転を無効とし、歯車の破損、精度の低下、
作業性の低下を防止することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、ヘッドに設けた電動機Ａにより回転する
動力歯車を設け、少なくとも１個の歯車が前記動力歯車
に常に噛み合う複数の歯車からなる切換え歯車を設け、
該切換え歯車を動力歯車の軸に対して平行に移動させる
歯車移動手段をヘッドに設け、切換え歯車の移動位置に
おいて各々噛み合い、かつ少なくとも１個の歯車がスプ
ライン歯車と常に噛み合う複数の歯車からなる主軸歯車
を設け、スピンドルの回転数変更の信号を受け、あらか
じめ設定された回転数のとき歯車移動手段を駆動する信
号制御手段を設け、歯車移動手段の駆動で信号制御手段
から低速回転駆動信号を受け前記電動機Ａを低速回転さ
せる回転数制御手段を設け、歯車移動手段で移動した切
換え歯車が主軸歯車と完全に噛み合ったことを検出する
検出器の信号を受けると、信号制御手段は少なくとも歯
車移動手段の駆動を停止させるようにしたものである。

【０００６】

【作用】上記のように構成することで、選択スイッチで
選択した切削に必要な回転数の信号が信号制御手段に入
力され、選択した回転数があらかじめ設定した切換え歯
車を変速しなければならない回転数を比較し、切換え歯
車を変速する必要がある場合は、信号制御手段から歯車
移動手段へ信号が出力され歯車移動手段が駆動し、同時
に信号制御手段から回転数制御手段に低速回転駆動信号
を出力する。電動機Ａは回転数制御手段により低速回転
し、切換え歯車は低速で回転しながら移動するため、主
軸歯車の歯の山と切換え歯車の歯の谷は一致する。歯が
一致すると、検出器から信号制御手段へ検出信号が出力
され、信号制御手段は、回転数制御手段の低速駆動信号
の出力を停止し、電動機Ａを停止するとともに歯車移動
手段を停止させる。

【０００７】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図７を用いて説明
する。図１は低速歯車と低速仲介歯車を噛み合わせたヘ
ッド部の横断面図、図２は主軸歯車を省略した図１のＢ
−Ｂ線断面図、図３はシフター周辺の斜視図、図４は高
速歯車と高速仲介歯車を噛み合わせたヘッド部の横断面
図、図５は操作パネルの説明図、図６はねじ切り兼用ボ
ール盤の全体斜視図、図７はブロック回路図である。な
お、本実施例では卓上形のねじ切り兼用ボール盤を例に
説明する。

【０００８】図６において、ベース１上にコラム２を立
設し、コラム２の中央部には図示しない被削材を載せる
テーブル３を上下移動自在に嵌合させる。コラム２の上
端には電動機Ａとなる逆回転可能な電動機５を備えたヘ
ッド４を設け、ヘッド４内部にドリル又はタップを装着
するスピンドル７を内蔵した主軸筒６がハンドル８によ
り垂直方向へ移動可能に嵌合されている。図１におい
て、スピンドル７上部にスプライン部９が設けられ、こ
のスプライン部９にスプライン歯車１０が嵌合されてい
る。スプライン歯車１０と常に噛み合う低速仲介歯車１
１ａと高速仲介歯車１１ｂからなる主軸歯車１１が設け
られ、後述する歯車移動手段によりこの主軸歯車１１の
軸に対し平行に上下方向へ移動自在で、上側の移動位置
で低速仲介歯車１１ａと噛み合う低速歯車１２ａと下側
の移動位置で高速仲介歯車１１ｂと噛み合う高速歯車１
２ｂからなる切換え歯車１２が設けられている。低速歯
車１２ａはキー１２ｄを介して軸１２ｃに取付けられ、
低速歯車１２ａに高速歯車１２ｂが取付けられている。
動力歯車２０は無端ベルト２１を介して、電動機５によ
り回転駆動され、切換え歯車１２の高速歯車１２ｂは、
常に動力歯車２０と噛み合っている。ヘッド４の正面に
設けた操作パネル２２には、図５に示すように、スピン
ドル７の回転数を選択する選択スイッチ２３、切削運転
を開始する運転スイッチ２４、切削運転を停止させる停
止スイッチ２５、穴あけ又はねじ切り作業に切換える作
業選択スイッチ２６、切換え歯車１２の状態を示す表示
装置２７が設けられている。

【０００９】前記歯車移動手段はシフター１３、フィー
ドスクリュ１４、電動機１５からなり、図２，図３に示
すように、シフター１３はヘッド４内のシャフト１６に
支持され、逆回転可能な電動機１５から下方に延びるフ
ィードスクリュ１４にねじ嵌合している。シフター１３
の先端に形成したＣ形状の先端部１３ａで切換え歯車１
２の低速歯車１２ａと高速歯車１２ｂの間に位置するよ
うに低速歯車１２ａを挾み、切換え歯車１２とシフター
１３を連結する。シフター１３の一方端には、切換え歯
車１２の位置を検出する検出棒１７が上方に延びるよう
に設けられ、この検出棒１７の上端部を検出する検出器
となるリミットスイッチ１８，１９がヘッド４に設けら
れている。リミットスイッチ１８は、図１に示すように
切換え歯車１２が上に移動して低速仲介歯車１１ａと低
速歯車１２ａが噛み合う位置で出力信号が出力され、リ
ミットスイッチ１９は、図４に示すように切換え歯車１
２が下に移動して高速仲介歯車１１ｂと高速歯車１２ｂ
が噛み合う位置で出力信号が出力されるように位置関係
が工夫されている。

【００１０】図７において、電動機５は、回転数制御手
段となるインバータ２８が接続され、インバータ２８お
よび電動機１５の高速歯車側移動用リレー２９、低速歯
車側駆動用リレー３０は、信号制御手段となるマイクロ
コンピュータ３１に接続されている。さらに、マイクロ
コンピュータ３１には、リミットスイッチ１８，１９、
選択スイッチ２３、運転スイッチ２４、停止スイッチ２
５、作業選択スイッチ２６および表示装置２７が接続さ
れている。表示装置２７には切換え歯車１２が移動中で
切削運転不可のときは切削運転不可信号を表示し、主軸
歯車１１と切換え歯車１２が噛み合っているときは切削
運転可能信号を表示する。本実施例においては、表示装
置２７が点滅している状態を切削運転不可信号とし、点
灯状態を切削運転可能信号として作業者に認識させる。
マイクロコンピュータ３１には、ある回転数を境に切換
え歯車１２の位置を変わるよう所定の回転数があらかじ
め設定されている。また、ねじ切りにおいては、回転数
を高速としながらトルクも必要とするため、作業選択ス
イッチ２６が右ねじ又は左ねじに選択されている場合
は、高回転、高トルクとなるように、切換え歯車１２の
位置を変える回転数を別途設定する必要がある。

【００１１】上記構成において、低速仲介歯車１１ａと
低速歯車１２ａが噛み合った状態から選択スイッチ２３
により高速回転数に選択した場合について説明する。選
択スイッチ２３の信号がマイクロコンピュータ３１に入
力され、選択した回転数があらかじめ設定した前記回転
数以上であれば、低速仲介歯車１１ａと低速歯車１２ａ
との噛み合いから高速仲介歯車１１ｂと高速歯車１２ｂ
へ噛み合いを変えるために、マイクロコンピュータ３１
から電動機１５の高速歯車側駆動用リレー２９へ信号が
出力され、リレー２９が励磁されて２９ａが閉じ電動機
１５を回転させ、表示装置２７を点滅表示させると同時
にマイクロコンピュータ３１はインバータ２８に低速回
転駆動信号を出力し、電動機５はインバータ２８により
低速回転する。

【００１２】表示装置２７の点滅表示している状態にお
いては、切換え歯車１２が移動しているため、マイクロ
コンピュータ３１は、高速仲介歯車１１ｂと高速歯車１
２ｂが完全に噛み合ったことを知らせるリミットスイッ
チ１９の信号が入力されるまでは、運転スイッチ２４を
操作して切削運転を開始しようとしても、運転スイッチ
２４の信号は無視される。よって、インバータ２８に選
択スイッチ２３で設定したスピンドル７の回転数の回転
駆動信号は入力されない。

【００１３】電動機１５が駆動するとフィードスクリュ
１４が回転し、フィードスクリュ１４の回転によりシフ
ター１３がシャフト１６に案内されながら下に移動す
る。シフター１３の移動により切換え歯車１２が高速仲
介歯車１１ｂの方へ移動する。同時に電動機５は低速回
転しているので、電動機５の動力は、無端ベルト２１、
動力歯車２０を介して切換え歯車１２を低速回転させ、
切換え歯車１２は低速回転を行いながら高速仲介歯車１
１ｂへ移動することになる。なお、本実施例において切
換え歯車１２の低速回転の速度は、数回／分〜数十回／
分程度としている。

【００１４】切換え歯車１２の低速歯車１２ａが低速仲
介歯車１１ａを離れると、主軸歯車１１の回転は停止
し、高速仲介歯車１１ｂの回転も停止する。よって、低
速回転している切換え歯車１２の高速歯車１２ｂの歯車
の山と高速仲介歯車１１ｂの歯車の谷を確実に一致させ
て噛み合わせることができる。このとき、シフター１３
と一緒に検出棒１７も下へ移動しており、検出棒１７の
上端部がリミットスイッチ１９から離れると、検出信号
が出力される。リミットスイッチ１９の位置はあらかじ
め高速仲介歯車１１ｂと高速歯車１２ｂの噛み合う位置
で信号が出力するようになっている。この信号がマイク
ロコンピュータ３１に入力されると、マイクロコンピュ
ータ３１は、インバータ２８の低速回転駆動信号の出力
を停止し電動機５を停止させるとともに、電動機１５の
リレー２９の励磁を停止させ２９ａが開き、電動機１５
を停止させる。さらに、マイクロコンピュータ３１は、
表示装置２７の点滅を点灯状態にし、運転スイッチ２４
の信号が受け付けられ、切削運転可能となる。

【００１５】次に、運転スイッチ２４を操作すると、マ
イクロコンピュータ３１は選択スイッチ２３で設定した
回転駆動信号がインバータ２８に入力され、インバータ
２８は設定された周波数で電動機５を回転駆動させる。
電動機５の回転は、無端ベルト２１、動力歯車２０、切
換え歯車１２、主軸歯車１１、スプライン歯車１０を介
してスピンドル７を回転させ、スピンドル７に設けたタ
ップおよびドリルを回転させ被削材の切削を行う。

【００１６】また、前記切削運転中に選択スイッチ２３
でスピンドル７の回転数を例えば高速仲介歯車１１ｂと
高速歯車１２ｂとの噛み合いから低速仲介歯車１１ａと
低速歯車１２ａに切換えなければならない回転数に変更
すると、マイクロコンピュータ３１から電動機１５の低
速歯車側駆動用リレー３０へ信号が出力され、リレー３
０が励磁されて３０ａが閉じ、電動機１５は前述した回
転とは逆に回転する。同時にマイクロコンピュータ３１
は、インバータ２８に選択スイッチ２３の設定した回転
駆動信号に代わって低速回転駆動信号を出力し、電動機
５を低速回転させるとともに表示装置２７の点滅表示を
する。電動機１５が駆動するとフィードスクリュ１４が
回転し、シフター１３を上に移動させると同時に、切換
え歯車１２は前述したように低速回転しながら主軸歯車
１１の低速仲介歯車１１ａへ移動する。低速歯車１２ａ
が低速仲介歯車１１ａに噛み合うと、リミットスイッチ
１８に検出棒１７の上端部が接触し、リミットスイッチ
１８から検出信号が出力される。この信号でマイクロコ
ンピュータ３１は、表示装置２７の点滅を点灯にし、電
動機１５の低速歯車側駆動用リレー３０の励磁を停止さ
せ３０ａが開き、電動機１５の回転を停止させるととも
に、インバータ２８への低速回転駆動信号の出力を停止
して新たに選択スイッチ２３で設定した回転駆動信号を
インバータ２８へ出力し、設定した回転数で電動機５を
引き続き回転させるか、あるいは安全上、インバータ２
８への低速回転駆動信号の出力を停止していったん電動
機５を停止させる。

【００１７】上記実施例によれば、選択スイッチ２３で
スピンドル７の回転数を選択するだけで、切換え歯車１
２の切換えを確実に行え、また、切削運転中でも停止ス
イッチ２５を押して電動機５を停止させなくても変速を
行うことができるので、変速時間を大幅に短縮すること
ができる。

【００１８】また、リミットスイッチ１８，１９は、低
速仲介歯車１１ａと低速歯車１２ａ、又は高速仲介歯車
１１ｂと高速歯車１２ｂが完全な噛み合った位置を検出
するので、不完全な噛み合いをなくすことができる。さ
らに、切換え歯車１２の変速とは別に電動機５の回転を
インバータ２８により制御したので、スピンドル７の回
転数の設定範囲が広く、かつ細かい設定が行え、作業条
件に適した回転数、トルクで切削できる。

【００１９】本実施例において、歯車移動手段の中で電
動機１５を使用しているが、その他に油圧装置、空圧装
置、ソレノイド等を用いてもよい。また、本実施例では
検出器にリミットスイッチ１８，１９を使用している
が、その他近接スイッチ、エンコーダ、光センサ等使用
しても構わない。信号制御手段はマイクロコンピュータ
３１の他にシーケンス回路、ロジック回路でも構わな
い。さらに、回転制御手段にインバータ２８を使用して
いるが、サーボ回路、アナログ回路等電動機５の回転数
を可変できるものであればよい。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、変速する際、切換え歯
車は低速回転しながら移動するので、切換え歯車と主軸
歯車との噛み合わせを確実にすることができるととも
に、切削運転中でも歯車を停止させることなく変速でき
るので、変速時間を大幅に短縮することができる。ま
た、切換え歯車移動中に表示装置で切削運転不可信号を
表示し、作業者に歯車の変速中であることを認識させ、
このとき、運転スイッチを操作しても信号を無効にした
ので、歯車の切換え中に誤って切削運転されることはな
いので、歯車の損傷や機械本体の精度および寿命の低下
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す低速歯車と低速仲介歯
車を噛み合わせた状態を示すヘッド部の横断面図であ
る。

【図２】主軸歯車を省略した図１のＢ−Ｂ線断面図であ
る。

【図３】シフター周辺の斜視図である。

【図４】高速歯車と高速仲介歯車を噛み合わせた状態を
示すヘッド部の横断面図である。

【図５】ねじ切り兼用ボール盤の全体斜視図である。

【図６】操作パネルの説明図である。

【図７】ブロック回路図である。

【符号の説明】

４…ヘッド、５，１５…電動機、１１…主軸歯車、１１
ａ…低速仲介歯車、１１ｂ…高速仲介歯車、１２…切換
え歯車、１２ａ…低速歯車、１２ｂ…高速歯車、１３…
シフター、１３ａ…先端部、１４…フィードスクリュ、
１７…検出棒、１８，１９…リミットスイッチ、２０…
動力歯車、２２…操作パネル、２３…選択スイッチ、２
４…運転スイッチ、２５…停止スイッチ、２６…作業選
択スイッチ、２７…表示装置、２８…インバータ、２９
…高速歯車側移動用リレー、３０…低速歯車側駆動用リ
レー、３１…マイクロコンピュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 47/14 B23Q 5/14 F16H 3/12 F16H 3/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッドに上下可能に支承された主軸筒と
   該主軸筒内にスピンドルを内蔵し、前記スピンドルにス
   プライン歯車を嵌合させたボール盤において、ヘッドに
   設けた電動機Ａにより回転する動力歯車を設け、少なく
   とも１個の歯車が前記動力歯車に常に噛み合う複数の歯
   車からなる切換え歯車を設け、該切換え歯車を動力歯車
   の軸に対して平行に移動させる歯車移動手段をヘッドに
   設け、切換え歯車の移動位置において各々噛み合い、か
   つ少なくとも１個の歯車がスプライン歯車と常に噛み合
   う複数の歯車からなる主軸歯車を設け、スピンドルの回
   転数変更の信号を受け、あらかじめ設定された回転数の
   とき歯車移動手段を駆動する信号制御手段を設け、歯車
   移動手段の駆動で信号制御手段から低速回転駆動信号を
   受け前記電動機Ａを低速回転させる回転数制御手段を設
   け、歯車移動手段で移動した切換え歯車が主軸歯車と完
   全に噛み合ったことを検出する検出器の信号を受ける
   と、信号制御手段は少なくとも歯車移動手段の駆動を停
   止させるようにしたことを特徴とするボール盤の回転数
   変速装置。
2. 【請求項２】 歯車移動手段が駆動中、前記検出器の信
   号が出力されないときは、前記信号制御手段により切削
   運転の操作を無効としたことを特徴とする請求項１記載
   のボール盤の回転数変速装置。
3. 【請求項３】 歯車移動手段が駆動中、前記検出器の信
   号が出力されないときは、切削運転不可信号を表示し、
   検出器から検出信号が出力されているときは、切削運転
   可能信号を表示する表示装置を設けたことを特徴とする
   請求項１又は２記載のボール盤の回転数変速装置。