JP3395701B2 - 加工機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主軸によって回転
可能に支持されたワークに、タレットに予め装着されて
いる複数個のツールの中から任意のツールを選択して加
工する加工機に関する。特に、この発明は、選択された
工具によって、ワークの主軸回転軸に垂直な面内におけ
る任意の位置に加工可能な加工機に関する。

【０００２】

【従来技術】上記加工機の一例が実開昭５９−１００５
０７号公報に記載されている。この技術を図６及び図7
を参照して模式的に説明する。図６は、この技術の原理
を模式的に示す図であり、ワークＷが主軸Ｓに回転自在
に支持されている。タレットＴには複数の工具（この場
合Ａ〜Ｄの４本）が配設されており、任意の工具で任意
の位置に加工できるようにタレットＴはＸ軸とＹ軸方向
に移動可能になっている。すなわち、ワークＷの位置Ｐ
に工具Ａで加工するためには、タレットＴがＸＡだけ移
動され、工具Ｂで加工するためには、タレットＴがＸＢ
だけ移動され、工具Ｃで加工するためには、タレットＴ
がＹｃとＸＡだけ移動される。この従来技術によると、
任意の工具で任意の位置に加工可能であるが、ワークサ
イズ（この場合ＸＷ）に対してタレットを大きく移動さ
せなければならず（少なくともＸＡ＋ＸＢの可動範囲が
いる）、装置が大型化するほか、移動距離が大きくなっ
て装置の剛性が低下して加工精度を低下させる。そこ
で、実開昭５９−１００５０７号公報に記載では、図７
に示すように、タレットＴを回転させることで使用する
工具を選択するようにし、特定の回転角に調整された工
具を用いた加工を可能とする。この方式によると、工具
の選択はタレットＴの回転で行われるために、ワークＷ
上での加工位置を調整するためのタレットＴの移動距離
は小さくてすみ、この場合、ワークサイズ（Ｘｗ，Ｙ
ｗ）だけ移動できればよい。また、図７に示す加工機に
より、主軸Ｓに支持されているワークＷを旋回させて、
ワークＷの外周面を加工する際には、タレットＴを回転
することにより使用するツールを選択した後、主軸Ｓの
回転中心からの距離が加工するワークの径と等しくなる
ようにタレットＴをＸ軸方向、またはＹ軸方向に移動位
置決めし加工を行なう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図７の構造によると、
タレットＴに求められる移動距離は短くなり、加工精度
の向上が期待されるものの、タレットＴに、回転機構と
Ｘ軸移動機構とＹ軸移動機構が必要とされ、機構が複雑
になってしまう。

【０００４】そこで、本発明は、タレットに求められる
移動の自由度を減少し、より単純な機構で、工具の選択
と、工具の位置の調整が可能となる加工機を実現するこ
とにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、請求項
１記載の加工機により解決される。請求項１記載の加工
機においては、主軸に支持されたワークの主軸回転軸に
垂直な面内における任意の点（加工位置）が指定され
る。加工位置が指定されると、その点を通る主軸回転軸
を中心とする円と、タレットを回転させたときに使用す
るツールが描く円との交点が求められる。そして、二つ
の円の交点に指定されたワーク上の点が位置することと
なる主軸回転角に主軸を位置決めし、また、その交点に
使用するツールが位置することとなるタレット回転角に
タレットを位置決めする。これにより、ワーク上の指定
された点にツールを位置決めする。具体的に説明する
と、例えば図５（ａ）に示すように、主軸から距離ｒだ
け離れた点Ａに加工を施す場合を考える。ここで、Ｃを
主軸、Ｔをタレット軸、Ｒを主軸からタレット軸までの
オフセット量とする。本発明の加工機においては、ツー
ルをワーク上の点Ａの位置に位置決めするために、タレ
ット軸（Ｔ）と主軸（Ｃ）をそれぞれ所定の回転角に位
置決めする。すなわち、タレットをタレット軸（Ｔ）の
回りに回転させると、タレットに装着されたツールの軌
跡は図５（ｂ）に示す円弧ｐになる。また、ワークを主
軸（Ｃ）の回りに回転させた時の、ワーク上の点Ａの軌
跡は図５（ｂ）に示す円弧ｑになる。したがって、この
円弧ｐと円弧ｑの交点にツールがくるようにタレット軸
（Ｔ）を回転し、また、この交点にワーク上の点Ａがく
るように主軸（Ｃ）を回転させれば、点Ａにツールを位
置決めすることができる。ここで、主軸（Ｃ）の回りに
ワークをθ₁、タレット軸（Ｔ）の回りにタレットをθ₂
回転させた時、ツールをワーク上の点Ａに位置決めする
ことができるものとすると、図５（ａ）に示す幾何学的
関係より以下の方程式が成立する。 Ｒｓｉｎθ₂＝ｒｃｏｓθ₁ Ｒ−Ｒｃｏｓθ₂＝ｒｓｉｎθ₁ 上記方程式を解くと、θ₁、θ₂は、それぞれ下記に示す
ようになる。 θ₁＝ｃｏｓ^-1（Ｒ／ｒ×ｓｉｎθ₂） θ₂＝２ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（ｒ／２Ｒ）） したがって、主軸（Ｃ）をθ₁、タレット軸（Ｔ）をθ₂
回転させることにより、主軸（Ｃ）から距離ｒだけオフ
セットされた点Ａにツールを位置決めすることができ、
点Ａに加工を施すことができる。このように請求項1記
載の加工機では、所定の主軸回転角に主軸を位置決めす
る主軸位置決め手段と、所定のタレット回転角にタレッ
トを位置決めするタレット位置決め手段とを備えること
により、タレットを主軸に対して垂直な方向へ移動させ
る移動機構を不要とすることができる。

【０００６】なお、請求項1記載の加工機においては、
ツールが取付けられるタレットを円筒形状とし、このタ
レットの外周をハウジング等により支持することが好ま
しい。このような構成によれば、ワークを加工している
間に発生する熱によりタレットが変形しようとしても、
タレット外周の支持部分でその変形が拘束される。した
がって、熱変位を極めて小さくすることができる。ま
た、タレットに装着されるツールの少なくとも一つは、
ツール単独で回転（自転）できるように構成されている
ことが好ましい。これによりワーク上の任意の位置に穴
あけ加工等を行うことが可能となる。また、上記加工機
においてワークに加工を施す際は、ワークをタレットの
方向に送るように主軸側に移動機構を設けても良いし、
タレットをワークの方向に送るようにタレット側に移動
機構を設けても良いし、両者をそれぞれ送るような構造
としても良い。ただし、主軸側を送るような構造とすれ
ば、タレットを送る場合に比較して構造が単純となるた
め好ましい。

【０００７】また、ワークを旋回させながらワークを加
工する際には、請求項2記載の加工機において良好に加
工することができる。請求項2記載の加工機において
は、まず、主軸に支持されたワークの主軸回転軸に垂直
な面内における主軸回転軸の中心からの任意の距離が指
定される。主軸回転軸の中心からの距離が指定される
と、その距離を半径とする主軸回転軸を中心とする円
と、タレットを回転させたときに使用するツールが描く
円との交点に、使用するツールが位置することとなるタ
レット回転角にタレットを位置決めする。これにより、
主軸回転軸の中心から所定の距離（半径）の位置に加工
を施すことができる。なお、ワークを旋回させながらワ
ークを加工することは、請求項1記載の加工機によって
も可能である。すなわち、主軸回転軸の中心からの距離
（半径）を、点で与えることにより請求項1記載の加工
機によっても加工することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態に係る加工
機について図面に基づいて説明する。図1は、本発明の
一実施の形態に係る加工機の概略構成を示す図面であ
る。図1に示すように、加工機１０は、ベース１１上に
載置された主軸台１２と、主軸台１２と対向する位置に
配設されたタレットユニット２０を備える。ベース１１
には、主軸台１１が載置される側に、主軸台１２をタレ
ットユニット２０の方向へ移動させるためのＺ軸モータ
１３が配設されている。Ｚ軸モータ１３の回転は、カッ
プリングを介してボールネジ１４に伝達される。主軸台
１２には、図示省略した主軸が回転可能に支持されてお
り、この主軸には、その一端に主軸モータ１６が取付け
られ、他端にワークを保持するチャックが取付けられて
いる。また、主軸台１２の底面には、ナット部１５が形
成され、このナット部１５は、ボールネジ１４と螺合し
ている。したがって、Ｚ軸モータ１３が回転することに
より、主軸台１２がＺ軸方向に移動する。なお、主軸台
１２の内部構造等は従来公知の構造と同様であるのでそ
の説明を省略する。

【０００９】次に、タレットユニット２０について説明
する。図２はタレットユニット２０の概略構成を説明す
るための図面であり、図３はタレットユニット２０内部
の運動伝達機構を説明するための図面である。ベース１
１上に固設されるタレットユニット２０は、図１乃至図
３に示すように、円形のタレットプレート２７とツール
ユニット５０とを有する。タレットプレート２７は、図
２に示すように、ハウジング１９によりその外周を支持
されている。また、タレットプレート２７は、タレット
モータ２１によりハウジング１９に対して回転駆動され
る。ツールユニット５０は、加工機１０により行われる
加工の種類に応じて適宜選択されてタレットプレート２
７に装着される。ツールユニット５０の内の一つは、ミ
ル軸モータ３０によりツールが回転駆動される。

【００１０】次に、タレットプレート２７及びツールユ
ニット５０のツールを回転駆動するための駆動機構につ
いて説明する。図３に示すように、本実施の形態のタレ
ットユニット２０は、タレットプレート２７を回転駆動
するためのタレットモータ２１と、ツールユニット５０
ａのツールを回転駆動するためのミル軸モータ３０を有
する。まず、タレットプレート２７を駆動するための駆
動機構について説明する。タレットプレート２７を駆動
するためのタレットモータ２１の回転は、タレットモー
タ２１の出力軸２３に取付けられた第１歯車２４に伝達
される。第１歯車２４に伝達された回転は、第１歯車２
４と噛み合う第２歯車２５に伝達される。第２歯車２５
は、その中心に中空円筒状の収納部２５ａが形成され、
その内部にはミル軸モータ３０の出力が伝達される伝達
軸３２を収納する。また、収納部２５ａには、第２歯車
２５が形成されている側と反対側の端部に、プレート材
２６が固定されている。このプレート材２６には、収納
部２５ａが固定される面と反対側の面にタレットプレー
ト２７が固定され、また、収納部２５ａが固定される側
の面にはブレーキプレート２９が配設される。このブレ
ーキプレート２９は、ディスクブレーキ４０により挟持
されることによりタレットプレートの回転にブレーキが
かけられ、タレットプレート２７は所定の位置で位置決
め保持される。タレットプレート２７は、ハウジング１
９に配設した軸受け部材２８によりその外周縁を支持さ
れる。またタレットプレート２７の前面には、複数のツ
ールユニット５０ａ、５０ｂが装着される。本実施の形
態の場合、ツールユニット５０ａにはドリルやエンドミ
ル等のツール自体が回転するものが装着され、ツールユ
ニット５０ｂにはバイト等のツール自体が回転しないも
のが装着される。

【００１１】次に、ツールユニット５０ａに装着される
ツールを回転させるための駆動機構について説明する。
ツールを回転させるためのミル軸モータ３０の出力軸３
１には伝達軸３２が固定され、この伝達軸３２は第２歯
車２５の収納部２５ａ内に収納される。この伝達軸３２
の他端は、プレート部材２６及びタレットプレート２７
に配設した軸受け部材に支持されている。プレート部材
２６及びタレットプレート２７には、その一部において
所定の間隔が開けられ、その内部に伝達軸３２に固定さ
れた第１ミル用歯車３３、第１ミル用歯車３３と噛み合
う第２ミル用歯車３４、及び第２ミル用歯車３４と噛み
合う第３ミル用歯車３５が収納されている。第３ミル用
歯車３５の中心にはミル軸３６が固定されており、この
ミル軸３６の回転がツールユニット５０ａの回転軸（ツ
ール）に伝達される。

【００１２】以上のように構成される駆動機構におい
て、タレットモータ２１を駆動すると、その回転は第１
歯車２４を介して第２歯車２５に伝達される。第２歯車
２５が回転すると、それによりプレート部材２６及びタ
レットプレート２７も回転する。タレットプレート２７
が回転すると、ツールユニット５０ａ、５０ｂもタレッ
トプレート２７と一体となって回転（公転）する。ま
た、ミル軸モータ３０が回転すると、その回転は、伝達
軸３２、第１ミル用歯車３３、第２ミル用歯車３４、第
３ミル用歯車３５を介してミル軸３６に伝達され、ツー
ルユニット５０ａのツールが回転する。

【００１３】なお、上述したＺ軸モータ１３、主軸モー
タ１６、タレットモータ２１、ミル軸モータ３０は、図
示省略した制御装置により制御される。この制御装置
は、オペレータ等により任意の点（加工位置）が指定さ
れると、その点を通る主軸回転軸を中心とする円と、タ
レットプレート２７を回転させたときに使用するツール
が描く円との交点を求め、二つの円の交点に指定された
ワーク上の点が位置することとなる主軸回転角に主軸を
位置決めし、また、その交点に使用するツールが位置す
ることとなるタレット回転角にタレットプレートを位置
決めする。すなわち、上述した主軸モータ１６、タレッ
トモータ２１は、ＮＣ制御用のステッピングモータであ
り、上述した制御装置によりその回転が制御され、それ
ぞれ前記主軸回転角、前記タレット回転角に位置決めさ
れる。なお、上述したＺ軸モータ１３も、ＮＣ制御用の
ステッピングモータであり、その回転量が制御されるこ
とにより主軸台１２のフィード量が制御される。

【００１４】以上のように構成される加工機において、
（ａ）主軸からオフセットされた位置への穴あけ加工、
（ｂ）円筒状ワークの端面加工・径補正加工（ｃ）円コ
ンタリング加工のそれぞれを施す場合について、図４を
基に説明する。まず、（ａ）の主軸Ｃから距離ｒだけオ
フセットされた位置への穴あけ加工を施す場合には、オ
ペレータ等によりオフセットされた位置（加工位置）を
指定する。次に、その点を通る主軸回転軸を中心とする
円と、タレットプレート２７を回転させたときに使用す
るツールが描く円との交点を求める。そして、その交点
に指定されたワーク上の点が位置することとなる主軸回
転角θ₁に主軸を位置決めし、また、その交点に使用す
るツールが位置することとなるタレット回転角θ ₂にタ
レットプレートを位置決めし、主軸Ｃ及びタレット軸Ｔ
にブレーキをかけこの位置で保持する（図４（ａ）参
照）。ここで、θ₁、θ₂は既に説明したように、次のよ
うな角度とすれば良い。 θ₁＝ｃｏｓ^-1（Ｒ／ｒ×ｓｉｎθ₂） θ₂＝２ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（ｒ／２Ｒ）） 次に、ミル軸モータ３０を回転させることによりツール
を回転させる。そして、Ｚ軸モータ１３を回転すること
により、主軸台１２（ワーク）をタレットユニット２０
の方向にフィードし、主軸Ｃから距離ｒだけオフセット
された位置へ穴あけ加工を施す。

【００１５】（ｂ）円筒状ワークの端面加工・径補正加
工（図４（ｂ）参照） 円筒状のワークの径をｒ₂₂からｒ₂₁まで加工する場合を
考える。主軸Ｃの中心から距離ｒ₂₂の位置にツール（チ
ップ）の位置を位置決めするためには、まず、オペレー
タ等により、主軸Ｃの中心から距離ｒ₂₂の位置の何れか
の点（半径ｒ₂₂の円周上の点）を指定する。次に、その
点を通る主軸回転軸を中心とする円と、タレットプレー
ト２７を回転させたときに使用するツールが描く円との
交点を求める。そして、その交点に使用するツールが位
置することとなるタレット回転角θ₂₂にタレットプレー
ト２７を位置決めすれば良い。タレット軸Ｔを回転させ
る角度θ₂₂は、図４（ｂ）に示す幾何学的関係より以下
のようになる。 θ₂₂＝２ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（ｒ₂₂／２Ｒ）） 同様に、主軸Ｃの中心から距離ｒ₂₁の位置にツール（チ
ップ）の位置を位置決めするためにタレット軸Ｔを回転
する角度θ₂₁は、次のようになる。 θ₂₁＝２ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（ｒ₂₁／２Ｒ）） したがって、円筒状のワークの径をｒ₂₂からｒ₂₁まで加
工するには、まず、タレット軸をθ₂₂以上の角度回転さ
せ、その位置に保持する。次に、Ｚ軸モータ１３を駆動
することにより主軸台１２（ワーク）を所定の位置に位
置決めする。しかる後、主軸モータ１６を回転すること
によりワークを回転させ、タレット軸を角度θ₂₂の位置
から角度θ₂₁の位置までフィードすることにより、チッ
プをｒ₂₂の位置からｒ₂₁の位置まで送れば良い。

【００１６】（ｃ）円コンタリング加工（図４（ｃ）参
照） 半径ｒのワークの外周を円コンタリング加工する場合を
考える。ツールの半径をｒ₁とする。主軸Ｃの中心から
半径ｒの位置にツールの外周がくるようにするために
は、ツールの中心は主軸Ｃの中心からｒ＋ｒ₁の位置に
なければならない。このため、前述した（ｂ）の場合と
同様の手順により、ツールの中心をｒ＋ｒ ₁の位置に位
置決めするためのタレット軸Ｔの回転角θを求める。回
転角θは、次のようになる。 θ＝２ｓｉｎ^-1（ｓｉｎ（（（ｒ＋ｒ₁）／２Ｒ）） したがって、まず、タレット軸をθ以上の角度回転さ
せ、その位置に保持する。次に、Ｚ軸モータ１３を駆動
することにより主軸台１２（ワーク）を所定の位置に位
置決めする。次に、主軸モータ１６を回転させることに
よりワークを回転させ、同時にミル軸モータ３０を回転
させることによりツールを回転させる。最後に、タレッ
ト軸を角度θの位置に位置決めすることにより、円コン
タリング加工を行なうことができる。

【００１７】以上説明したように、本実施の形態に係る
加工機では、主軸からオフセットされた位置にタレット
軸を設けタレット軸と主軸の回転角を調整することによ
って、主軸回転軸に垂直な面内における任意の点へツー
ルを位置決めすることができる。したがって、タレット
ユニット自体を主軸に対して垂直な方向へ移動位置決め
するための機構を不要とすることができる。また、タレ
ットユニット自体が主軸に対して垂直な方向へ移動する
ための機構がないため、切り屑がタレットユニットの移
動機構に侵入することを防止するためのジャバラ等が不
要となり構造を単純化することができる。また、本実施
の形態の加工機では、タレットテーブルの外周をハウジ
ングで支持するため、加工中に発生する熱によりタレッ
トテーブルが熱変形しようとしてもその変形が拘束され
るため熱による精度誤差が少ない。さらに、本実施の形
態の加工機では、穴あけ加工等によりツールを介してタ
レットテーブルに作用するスラスト荷重は、タレットテ
ーブルの外周に配した軸受けで受けるため、このような
荷重に対して大きな剛性を有する。

【００１８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わる加
工機では、タレットに求められる移動の自由度を減少
し、より単純な機構で、工具の選択と、工具の位置の調
整ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る加工機の概略構成
を説明するための図面である。

【図２】図１に示す加工機のタレットユニットを説明す
るための図面である。

【図３】図２に示すタレットユニットの駆動機構を説明
するための図面である。

【図４】図１に示す加工機を使用して各種加工を施す場
合の、ツールとワークの位置関係を説明するための図面
である。

【図５】本発明の加工機の作用を説明するための図面で
ある。

【図６】複数のツールを備えた加工機の動作原理を説明
するための図面である。

【図７】タレットが回転する加工機の概略構成を説明す
るための図面である。

【符号の説明】

１０・・加工機 １１・・ベース １２・・主軸台 １７・・チャック ２０・・タレットユニット ５０・・ツールユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23B 3/18 B23B 3/24 B23B 39/20

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを回転可能に支持する主軸と、該
   主軸に対向して設けられ、複数のツールを装着可能なタ
   レットとを有し、 そのタレットは前記主軸回転軸からオフセットされた平
   行軸の周りに回転可能であり、 前記複数のツールは前記タレット回転軸の周りに配置さ
   れており、 前記主軸に支持されたワークの前記主軸回転軸に垂直な
   面内における任意の点を指定する手投と、 その指定手段で指定された点を通る前記主軸回転軸を中
   心とする円と、前記タレットを回転させたときに使用す
   るツールが描く円との交点に、前記の指定されたワーク
   上の点を位置させる主軸回転角に前記主軸を位置決めす
   る主軸位置決め手段と、 前記の交点に、前記の使用するツールを位置させるタレ
   ット回転角にタレットを位置決めするタレット位置決め
   手段とを有する加工機。
2. 【請求項２】 ワークを回転可能に支持する主軸と、該
   主軸に対向して設けられ、複数のツールを装着可能なタ
   レットとを有し、 そのタレットは前記主軸回転軸からオフセットされた平
   行軸の周りに回転可能であり、 前記複数のツールは前記タレット回転軸の周りに配置さ
   れており、 前記主軸に支持されたワークの前記主軸回転軸に垂直な
   面内における前記主軸回転軸の中心からの任意の距離を
   指定する手投と、 その指定手段で指定された距離を半径とする前記主軸回
   転軸を中心とする円と、前記タレットを回転させたとき
   に使用するツールが描く円との交点に、前記の使用する
   ツールを位置させるタレット回転角にタレットを位置決
   めするタレット位置決め手段とを有する加工機。