JP3139133B2 - 回転割り出し式ワークテーブル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回転割り出し式ワーク
テーブル装置に関するものであり、特に高速回転性と、
ワークテーブルの回転トルクがモータに伝達されない非
可逆回転特性を持つものに関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の中には、被加工物を保持して
予め定められた角度ずつ回転させる回転割り出し式ワー
クテーブル装置を備えたものがある。回転割り出し式ワ
ークテーブル装置は、ワークテーブル，駆動モータ，伝
達機構およびモータ制御回路を備え、モータ制御回路は
駆動モータの回転制御を行い、駆動力伝達機構はモータ
から駆動力をワークテーブルに伝える。この伝達機構
は、ギヤ機構の使用によりモータ回転数をワークテーブ
ルの必要とする回転数まで低下させるとともに、回転ト
ルクを増大させてワークテーブルに与える機能を持って
いる。一方、ワークテーブルの慣性や外力によって発生
したワークテーブルの回転トルクがモータに伝達される
ことは、被加工物の所定位置からのずれを引き起こすた
め好ましくない。そこで、駆動力伝達機構はワークテー
ブルの回転をモータへ伝えないための非可逆回転特性を
有していることが望ましい。

【０００３】そのため、従来は、駆動力伝達機構にウォ
ームギヤ機構が多く使用されてきた。ウォームギヤ機構
は、ウォームとウォームホイールとを含み、大きな減速
比を得ることができるとともに、非可逆回転特性を備え
ている。しかし、ウォームギヤ機構においては、ウォー
ムとウォームホイールとの間の滑りが大きく、回転時の
摩擦による発熱のために高速回転に適さず、また、摩耗
により長期運転時の精度を維持することが困難である。
そこで、このような発熱や摩耗に対処すべく素材面での
改良が行われており、ウォームホイールに特殊合金であ
る燐青銅やアルミ青銅が用いられているがいずれも十分
な結果は得られていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の事情
を背景としてなされたものであり、その解決課題は、回
転式ワークテーブル装置において高速回転性を持ち、ワ
ークテーブルの回転トルクがモータに伝達されないよう
な非可逆回転特性を持つ回転割り出し式ワークテーブル
装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の回転割り出し式ワークテーブル装置では、
前記伝達機構を、それぞれ鋼材からなり、焼き入れ研磨
されたピニオンおよび歯車からなる非可逆回転特性を持
つ食い違い傘歯車機構を含むものとした。

【０００６】

【作用】上記焼き入れ研磨されたピニオンおよび歯車か
らなる食い違い傘歯車機構は、適切なオフセット量の
時、外力の作用によるワークテーブルの回転をモータに
伝達しないような非可逆回転特性を有する。食い違い傘
歯車は、ピニオンの軸と大歯車の軸との食い違い距離で
あるオフセット量によって歯面ねじれ角が決まり、概し
てオフセット量が大歯車の外径の３０％以上（ただし、
減速比１／４０以上）のとき、非可逆回転特性を持つに
到るのである。ワークテーブルは、一般に大きな質量を
有するものであり、その上に被加工物が固定されるた
め、全体として大きな回転慣性を有する。したがって、
伝達機構が非可逆回転特性を有しない場合には、ワーク
テーブルを停止させる際、この大きな回転慣性に抗して
モータを減速させ、停止しなければならず、モータおよ
びワークテーブルを正確な位置で停止させることが困難
である。しかるに、本発明においては、非可逆回転特性
を有する食い違い傘歯車機構を使用するため、ワークテ
ーブルを容易に正確な位置で停止させることができる。

【０００７】また、食い違い傘歯車機構は、ウォームギ
ヤ機構に比較して歯面での滑りが小さいため、回転時の
摩擦による発熱や摩耗はウォームギヤ機構より小さい。
また、焼き入れ研磨した歯車を使用することにより歯面
の加工精度を高めることができ、バックラッシを小さく
することができるため、高精度の位置決め特性が得られ
る。

【０００８】

【発明の効果】したがって、本発明に従えば、ワークテ
ーブルの高速回転性と耐久性、高精度位置決めおよび非
可逆回転特性を一挙に実現することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例である回転割り出し式
ワークテーブル装置を図面に基づいて説明する。

【００１０】図１は、本発明に係る回転割り出し式ワー
クテーブル装置の一例である０°／１８０°回転ワーク
テーブル装置１０を備えたタッピングマシンを示す。０
°／１８０°回転ワークテーブル装置１０は、ワークを
保持して１８０°ずつ回転するワークテーブル１２を備
えたものであり、本タッピングマシンは、０°／１８０
°回転ワークテーブル装置１０と、ワークテーブル１２
上の被加工物を加工するための加工装置１４とを備えて
いる。加工装置１４に取り付けられるドリル，センタド
リル，タップ等の工具１６は三次元空間内の任意の位置
へ移動可能である。これは、加工装置１４がＸ軸方向
（図面の紙面に直角な方向）、Ｙ軸方向（図面の左右方
向）、Ｚ軸方向（図面の上下方向）に移動可能な３つの
部分を有するためである。Ｘ軸方向の移動は、ベッド１
８に支持されたキャリッジ２０が図示しないモータによ
り移動させられることにより、Ｙ軸方向の移動はキャリ
ッジ２０上に支持されたコラム２６がモータ２４により
移動させられることにより、Ｚ軸方向の移動はコラム２
６に支持された主軸ヘッド２８がモータ３０により移動
させられることによりなされる。また、工具１６は主軸
ヘッド２８に取り付けられた主軸モータ３２によって回
転させられ、被加工物を切削する。ワークテーブル１２
も０°／１８０°回転ワークテーブル装置１０に内蔵さ
れたモータにより必要に応じて１８０°回転する。この
ような一連の動作は、ベッド１８に取り付けられた制御
装置３４によって制御される。

【００１１】図２に示す如く、本実施例の０°／１８０
°回転ワークテーブル装置１０のワークテーブル１２は
長方形をなし、長手方向の両端部にはパレット３６，３
８が設けられている。パレット３６，３８にそれぞれ、
被加工物を直接または治具を介して取り付けるための溝
４０，４２が切られており、作業時においてワークテー
ブル１２が１８０°ずつ回転させられることにより、パ
レット３６，３８が交互に、加工装置１４の下方の加工
位置と加工装置１４から外れた着脱位置とに位置決めさ
れる。

【００１２】図３に示す如く、０°／１８０°回転ワー
クテーブル装置１０はモータ５０を備えている。モータ
５０の回転は、モータ５０の回転軸に取り付けられた平
歯車５２と、回転軸５４に取り付けられた平歯車５６と
の噛み合いによって、回転軸先端に一体に形成されたピ
ニオン５８に伝達され、この回転は、ピニオン５８と大
歯車６０との噛み合いによってワークテーブル１２（図
２参照）に伝達される。

【００１３】ピニオン５８の材質はＳＣＭ（クロムモリ
ブテン鋼）材であり、大歯車６０の材質はＳＣＭ材であ
って、いずれも焼き入れ後歯研によって仕上げられてい
る。ピニオン５８のオフセット量は７２ｍｍであり、こ
れは大歯車６０の外径の３０％にあたる。

【００１４】ピニオン５８と大歯車６０とから成るねじ
れ歯の食い違い傘歯車機構６２においては、ピニオン５
８の回転により軸方向の力が発生するため、図４に示す
ように、回転軸５４の支持は、半径方向の力のみならず
軸方向の力も受け得る円錐ころ軸受け６４，６６によっ
て行われている。円錐ころ軸受け６４，６６は、ハウジ
ング６８にボルト７０で固定されたピニオンブラケット
７２に支持されている。回転軸５４の両端部が円錐ころ
軸受け６４，６６を介してピニオンブラケット７２に支
持されているのであり、両円錐ころ軸受け６４，６６が
ピニオンブラケット７２にそれの肩面７４，７６に当接
するまで嵌合されるとともに、円錐ころ軸受け６４の内
輪がスペーサ７８を介してピニオン５８に当接させら
れ、円錐ころ軸受け６６の内輪がロックナット８０に当
接させられることにより、回転軸５４とピニオンブラケ
ット７２との軸方向の相対移動が防止されているのであ
る。ロックナット８０が回転軸５４に対して締め込まれ
れば、ピニオン５８とロックナット８０とが接近し、円
錐ころ軸受け６４，６６の内輪同士を接近させるが、円
錐ころ軸受け６４，６６の外輪間にはピニオンブラケッ
ト７２が挟まれているため接近できず、円錐ころ軸受け
６４，６６にプリロードがかかることとなる。

【００１５】ピニオン５８は大歯車６０とのバックラッ
シ調整が可能な状態で支持されている。バックラッシ調
整は、ピニオン５８の軸方向と半径方向との位置の調整
によって行われる。軸方向の調整は、上記スペーサ７８
の厚さの調整によって行われ、半径方向の調整は、図５
に示すボルト８２によって行われる。なお、図５は、左
半分にワークテーブル１２の回転軸線を含む切断平面に
よる断面、右半分にピニオン５８の回転軸線を含む切断
平面による断面を示しており、かつ、右半分においては
ワークテーブル１２を主体とする回転部が除去された状
態を示している。ピニオンブラケット７２とハウジング
６８との半径方向の隙間がボルト８２によって調整され
た上でピニオンブラケット７２がハウジング６８に固定
されるのである。バックラッシ調整終了後、図４に示す
ピン８４によりピニオンブラケット７２とハウジング６
８との相対移動が防止される。

【００１６】０°／１８０°回転ワークテーブル装置１
０は、図６に示す如く、互いに固定された大歯車６０，
スピンドル８６，およびワークテーブル１２とからなる
回転部８８を備えており、この回転部８８がクロスロー
ラベアリング９０を介してハウジング６８に支持されて
いる。ワークテーブル１２と大歯車６０の間にクロスロ
ーラベアリング９０の内輪が固定され、外輪はハウジン
グ６８に固定されている。スピンドル８６の外周面に切
欠９２が形成され、これを検知する原点センサ９４がハ
ウジング６８に固定されており、これらによりワークテ
ーブル１２の一方のパレット３６が加工位置にあること
が検知される。

【００１７】本発明の回転割り出し式ワークテーブル装
置は、非可逆回転特性を持っているため本来クランプ機
構を必要としない。しかし、本実施例の０°／１８０°
回転ワークテーブル装置１０においては、パレット３
６，３８の一方において加工が行われている間に、他方
において被加工物の着脱が行われるため、被加工物の着
脱の際に大きな力が加えられても、加工中の被加工物の
位置に微小な位置ずれも生じないようにする目的で、ク
ランプ装置９６が設けられている。

【００１８】クランプ装置９６は、スピンドル８６に取
り付けられたクランプディスク９８とハウジング６８と
の摩擦力によって回転部８８の回転を阻止する摩擦式で
ある。クランプディスク９８は、スピンドル８６の下端
にボルト１００とピン１０２とによって固定されてお
り、ハウジング６８に形成された摩擦面１０４に微小な
間隙を隔てて対向している。クランプディスク９８の背
後にはクランプシリンダ１０６が設けられている。クラ
ンプシリンダ１０６は、シリンダハウジング１０８とそ
れに液密かつ軸方向に移動可能に嵌合されたクランプピ
ストン１１０とを備えている。クランプピストン１１０
は、常にはリターンスプリング１１２によりクランプデ
ィスク９８から微小距離離れた後退位置に保たれている
が、クランプピストン１１０とシリンダハウジング１０
８との間に形成された液圧室１１４に液圧が供給される
ことにより前進し、クランプディスク９８を摩擦面１０
４に押しつける。

【００１９】本実施例のような０°／１８０°回転ワー
クテーブル装置においては従来、油圧シリンダとラッ
ク，ピニオンとの組み合わせや、ロータリ油圧シリンダ
等によってテーブルが１８０°回転させられていたが、
油圧シリンダの速度を微妙に制御することが難しいた
め、ワークテーブルの回転速度が低く抑えられていた。
テーブルの回転中は被加工物の加工も着脱もできないた
め、回転時間は短い程よいのであるが、回転速度を大き
くすれば、回転開始時および停止時の衝撃が大きくな
り、騒音発生や耐久性低下の問題が生じるからである。

【００２０】それに対して本実施例においては、モータ
５０が駆動源にされているため、ワークテーブル１２の
回転速度を従来に比較して大きくすることができる。モ
ータ５０の回転速度を、例えば数値制御により、滑らか
に増大させ、減少させることによって、ワークテーブル
１２の回転角加速を小さく保ちながらワークテーブル１
２の１８０°回転に要する時間を従来より短くすること
ができるのである。また、ワークテーブル１２の回転速
度を広い範囲にわたって変えることが容易であること
も、本実施例装置の特徴の一つである。

【００２１】ちなみに、本０°／１８０°回転ワークテ
ーブル装置１０の総減速比は９０：１（食い違い傘歯車
機構の減速比９０：２、平歯車機構の減速比２：１）で
あり、モータ回転数２２５０ｒｐｍのときワークテーブ
ル１２の回転数は２５ｒｐｍとなる。この時の繰り返し
位置決め精度は±２秒以内である。

【００２２】図７は、本発明の別の実施例であるインデ
ックスワークテーブル装置１３０を備えたマシニングセ
ンタを示す。インデックスワークテーブル装置１３０
は、被加工物を保持して所定角度（任意に設定可能であ
り、等角度である必要はない）ずつ回転するワークテー
ブル１３２（図１１参照）を備えたものであり、本マシ
ニングセンタは、インデックスワークテーブル装置１３
０と、それを支持して水平面内で直行する２方向に移動
可能なスライドワークテーブル１３４と、加工装置１３
６とを備えている。ベース１３８に固定のコラム１３９
に支持された主軸台１４０は、コラム１３９の上端に取
り付けられたモータ１４１によって上下方向に移動させ
られる。主軸台１４０の図示しない主軸に工具ホルダ１
４２を介して取り付けられるドリル，センタドリル，タ
ップ等の工具１４３は主軸モータ１４４によって回転さ
せられ、被加工物を切削する。工具マガジン１４５は、
マガジンモータ１４６によって主軸と直角の軸線回りに
回転させられ、工具マガジン１４５に収められた工具１
４７および工具ホルダ１４２を順次最下端の交換位置ま
で移動させる。工具１４７は、揺動モータ１４８によっ
てその軸線方向を、主軸の軸線と直角な方向から主軸の
軸線と平行な方向に変えられる。工具１４３と工具１４
７とは、工具交換アーム１４９に保持され、工具交換ア
ーム１４９がモータ１５０により１８０°旋回させられ
ることによって、互いの位置を変える。

【００２３】インデックスワークテーブル装置１３０の
ワークテーブル１３２は、図８および図１１に示す如
く、食い違い傘歯車機構１５２を介してモータ１５４に
よって回転させられる。モータ１５４の回転は、そのモ
ータ１５４の回転軸に取り付けられた平歯車１５６と、
ピニオン１５８に取り付けられた平歯車１６０との噛み
合いによって伝達され、この回転は、ピニオン１５８と
大歯車１６２との噛み合いによって上記ワークテーブル
１３２に伝達される。

【００２４】ピニオン１５８は回転軸１６４と一体に形
成されており、回転軸１６４は、その両端の支持機構１
６６，１６８を介してハウジング１７０に支持されてい
る。支持機構１６６によって、回転軸１６４のモータ側
端の半径方向の移動が防止され、支持機構１６８によっ
て、他端の回転軸１６４の半径方向への移動と同時に軸
方向の移動が防止される。

【００２５】支持機構１６６においては、図９に示すよ
うに、深みぞ玉軸受け１７２が、ピニオン１５８に隣接
するスペーサ１７４と、回転軸１６４に固定された平歯
車１６０との間に内輪が挟まれた状態で設けられ、外輪
がハウジング１７０の嵌合穴１７５に嵌合されている。

【００２６】支持機構１６８においては、図１０に示す
ように、針状ころ軸受け１７６と、その針状ころ軸受け
１７６を保持する軸受けリング１７８とによって回転軸
１６４の半径方向の移動が防止され、軸方向の移動はス
ラストころ軸受け１８０，１８２によって防止されてい
る。軸受けリング１７８は、ハウジング１７０の嵌合穴
１８３に嵌合されるとともに、肩面１８４と、ハウジン
グ１７０にボルト１８５で固定された軸受けリング蓋１
８６とにより軸方向の移動が防止されている。スラスト
ころ軸受け１８０は、回転軸１６４に取り付けられた支
持部材１８８と軸受けリング１７８との間に、スラスト
ころ軸受け１８２は、回転軸１６４に取り付けられた軸
受け押さえ１９０と軸受けリング１７８との間に取り付
けられている。焼き入れ研磨した軸受け押さえ１９０，
スペーサ１９２，軸受けリング１７８および回転軸１６
４等が、スラストころ軸受け１８０，１８２および針状
ころ軸受け１７６の内，外輪として機能するようにされ
ているのである。

【００２７】図１１に示す如く、ピニオン１５８の回転
は大歯車１６２に伝達され、大歯車１６２と固定された
スピンドル１９６を介してワークテーブル１３２が回転
させられる。ピニオン１５８と大歯車１６２の歯の形状
を図１２に示す。ハウジング１７０にボルト１９８で外
輪が固定されたクロスローラベアリング２００は、内輪
がスピンドル１９６と一体に形成されており、スピンド
ル１９６にはワークテーブル１３２と大歯車１６２が固
定されて回転部２０２を形成している。回転部２０２
は、クロスローラベアリング２００及び深みぞ玉軸受け
１７２を介してハウジング１７０により回転可能に支持
されているのである。なお、大歯車１６２のハウジング
１７０に対する軸方向の位置の調整は、クロスローラベ
アリング２００の外輪とハウジング１７０の肩面２０３
との間のスペーサ２０４の厚さを変えることにより行わ
れる。このスペーサ２０４による大歯車１６２の軸方向
の位置調整によって、ピニオン１５８と大歯車１６２と
のバックラッシの調整が可能である。

【００２８】ピニオン１５８の材質はＳＣＭ材であり、
大歯車１６２の材質はＳＣＭ材であって、いずれも焼き
入れ後歯研によって仕上げられている。ピニオン１５８
のオフセット量は４５ｍｍであり、これは大歯車１６２
の外径の３７％にあたる。

【００２９】インデックスワークテーブル装置が、ワー
クテーブルが垂直或いは水平面に対して傾いた状態で使
用される場合、取り付けられた被加工物の重心がワーク
テーブルの回転軸線からずれれば回転モーメントが発生
し、ワークの位置にギヤのバックラッシ分のずれが起こ
る。また、伝達機構が非可逆回転特性を有しない場合に
は、上記回転モーメントによりワークテーブルが回転し
てしまう恐れもある。これに対処するため、従来の回転
割り出し式ワークテーブル装置ではクランプ機構が用い
られていた。

【００３０】それに対して本実施例においては、焼き入
れ研磨された鋼材製のピニオン１５８および大歯車１６
２から成る食い違い傘歯車機構１５２を使用することに
より、バックラッシが無視できる程度に小さくなり、か
つ、食い違い傘歯車機構１５２が非可逆回転特性を有す
るため、クランプ機構なしでワークテーブル１３２の要
求位置精度を確保することができる。それによって、こ
れまでクランプに要していた時間が節約されて作業の高
速化ができるとともに、構造が簡単になり、小型化が可
能となる。また、食い違い傘歯車機構１５２の使用によ
って、回転時の摩擦による発熱や摩耗が小さくなるた
め、回転速度を高速化できるようになることも本実施例
装置の特徴の一つである。

【００３１】ちなみに、この回転割り出し式ワークテー
ブル装置１３０の総減速比は８１：１（食い違い傘歯車
機構の減速比８１：２、平歯車機構の減速比２：１）で
あり、モータ回転数４０５０ｒｐｍの時、ワークテーブ
ル１３２の回転数は５０ｒｐｍとなる。

【００３２】以上、本発明の二実施例を詳細に説明した
が、これらは文字通り例示に過ぎず、この他にも、特許
請求の範囲を逸脱することなく、当業者の知識に基づい
て種々の変形，改良を施した態様で本発明を実施するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である０°／１８０°回転ワ
ークテーブル装置を備えたタッピングマシンの正面図で
ある。

【図２】上記０°／１８０°回転ワークテーブル装置の
平面図である。

【図３】上記０°／１８０°回転ワークテーブル装置の
ワークテーブル等回転部を取り外した状態を一部断面に
して示す。

【図４】図３のピニオンおよびその周辺部の拡大図であ
る。

【図５】図３のＡ−Ａ’断面図である。

【図６】上記０°／１８０°回転ワークテーブル装置の
正面断面図である。

【図７】本発明の一実施例であるインデックスワークテ
ーブル装置を備えたマシニングセンタの外観を示す斜視
図である。

【図８】上記インデックスワークテーブル装置を一部断
面にして示す正面図である。

【図９】図８の回転軸の一端部の支持機構をの拡大図で
ある。

【図１０】図８の回転軸の他端部の支持機構の拡大図で
ある。

【図１１】上記インデックスワークテーブル装置の側面
断面図である。

【図１２】上記インデックスワークテーブル装置の食い
違い歯車機構の一部を拡大して示す平面図（一部断面）
である。

【符号の説明】

１０ ０°／１８０°回転ワークテーブル装置 １２ ワークテーブル ５０ モータ ５８ ピニオン ６０ 大歯車 ６２ 食い違い傘歯車機構 １３０ インデックスワークテーブル装置 １５２ 食い違い傘歯車機構 １５８ ピニオン １６２ 大歯車 １６６ 支持機構 １６８ 支持機構

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一軸線回りに回転可能に設けられて被加
   工物が固定されるワークテーブルと、そのワークテーブ
   ルを駆動するモータと、そのモータの回転を前記ワーク
   テーブルに伝達する伝達機構と、前記モータを所定角度
   回転させた後停止させるモータ制御回路とを含む回転割
   り出し式ワークテーブル装置において、 前記伝達機構を、それぞれ鋼材からなり、焼き入れ研磨
   されたピニオンおよび歯車からなる非可逆回転特性をも
   つ食い違い傘歯車機構を含むものとしたことを特徴とす
   る回転割り出し式ワークテーブル装置。