JP3529427B2 - 工作機械の割出しヘッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、工作機械においてワー
クに対して工具を最適な方向から当てることができるよ
うにした割出しヘッドに関する。 【０００２】 【従来の技術】一般に、複雑な形状のワークの工作機械
による切削加工等においては、そのワークの各加工面に
対して工具を最適な角度で当てて加工を行う必要があ
る。そのため、従来クロスレールに沿って横行可能なサ
ドルに装着されたラムの下端に垂直スナウトを装着し、
その垂直スナウトに、所定の工具取付角度が設定された
工具角度固定ヘッドを装着し、その工具角度固定ヘッド
に工具を取り付けることが行なわれている。 【０００３】しかしながら、このようなものにおいて
は、工具取付角度が異なる複数の工具角度固定ヘッドを
準備しておき、ワークの加工面の形状に対応してヘッド
を順次取換えなければならず、準備しておくヘッドの数
が多数となり、メンテナンス等の余分の費用がかかるな
どの問題がある。また、オートマチックアタッチメント
チエンジヤがある場合には、上記ヘッドに対応した数の
貯蔵部が必要となり、さらに自動的に工具を取換える場
合には、種々の工具取付角度において工具の交換が可能
なようにする必要があり、或るヘッドを工具取付角度が
異なる他のヘッドと交換する場合には、使用直後のヘッ
ドにおいては熱によるスピンドルの伸びが発生している
関係上、その伸びに対する調整もしなければならず、そ
の補正が困難である等の問題がある。 【０００４】そこで、ビルトインモータを有する主軸を
任意の方向に向けることができるようにしたヘッドも提
案されている。すなわち、図６は複雑な形状の部品を加
工することができる多軸制御プラノミラーの概略構成を
示す図であって、ターンテーブル１が設置されているベ
ッド２の左右には支柱３が立設されており、その左右の
支柱３間には横方向に延びるクロスレール４が設けら
れ、このクロスレール４にサドル５が横行可能に装着さ
れている。 【０００５】上記サドル５には上下方向に延びるラム６
が装着されており、そのラム６の下端に工具を着脱し得
るヘッド７が装着されている。 【０００６】図７は上記ヘッド７部の概略構成を示す拡
大図であって、ヘッド７の下端面にはヘッド７の軸線に
直交する方向に延びる凹部８が形成され、その凹部８内
にはビルトインモータを有するスピンドルユニット９が
ヘッド７の軸線に直交する軸線回りに揺動可能に装着さ
れている。 【０００７】ところで、上記ヘッド７にはＣ軸（垂直
軸）用サーボモータ１０が設けられており、このＣ軸用
サーボモータ１０によりギヤー列１１を介してヘッド７
をＣ軸線回りに回動し得るようにしてある。一方、ヘッ
ド７にはＢ軸（水平軸）用サーボモータ１３が設けられ
ており、そのＢ軸用サーボモータ１３による回転によ
り、ギヤー列１４を介してスピンドルユニット９にＢ軸
線回りの回動が与えられるようにしてある。 【０００８】しかして、Ｂ軸用サーボモータ１３を駆動
すると、図８に示すようにヘッド７に対してスピンドル
ユニット９が水平軸線回りに揺動され、そこでＣ軸用サ
ーボモータ１０を駆動すると、ヘッド７が垂直軸線回り
に回転され、ヘッド９の先端に取付けられた工具をワー
クの所定加工面に対して所定角度でもって当接させるこ
とができる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ものにおいては、ヘッド７内にスピンドルユニット９が
内蔵される形であるためヘッド７が大きくなり、かつヘ
ッド７の下端部がスピンドルユニット９の両側に下方ま
で延びているため、ヘッド７がワークと干渉することが
ある等の問題がある。また、上記スピンドルユニット９
のＢ軸線回りの回動、すなわちＢ軸方向の割出しを行う
場合には、ヘッド７とスピンドルユニット９間に設けら
れているカービックカップリング（図示せず）を非係合
状態とし、前述のようにしてスピンドルユニット９を所
望角度だけ揺動させた後、上記カービックカップリング
を互いに係合させ、スピンドルユニット９をヘッド７に
対して固定状態とする。しかし、このようにして割出し
を行ったスピンドルユニット９に装着されている工具に
よってワークの加工を行なう場合、その切削反力が上記
スピンドルユニット９を介してカービックカップリング
に対してその施回方向にもろに加わる。したがって、上
記カービックカップリングをヘッド７或はスピンドルユ
ニット９に固着しているピンに対して横断方向の応力が
加わり、衝撃荷重に対する取付剛性が問題になることが
多い。 【００１０】本発明はこのような点に鑑み、ヘッドとワ
ークとの干渉がなく、またカービックカップリングの剛
性を有効に使用するため切削反力がカービックカップリ
ングの施回方向に加わることがなく、その剛性を常に保
持し得るようにした工作機械の割出しヘッドを得ること
を目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】 本発明は、工作
機械のラムの先端に装着され、ビルトインモータが設け
られたスピンドルユニットを有するアタッチメントをラ
ム軸線周りの回転方向に割出す第１の割出し装置と、上
記スピンドルユニットを、そのスピンドルユニットの軸
線に対して斜交する傾斜軸線周りの回転方向に割出す第
２の割出し装置と、ラム内に配設され、上記第１の割出
し装置及び第２の割出し装置に対して選択的にその割出
し回転を与えるドライブ軸とを有する工作機械の割出し
ヘッドにおいて、上記アタッチメントはラム取付筒部と
スピンドルユニット取付部とを有し、ラム取付筒部に前
記傾斜軸線と同心状のシリンダ部が形成され、そのシリ
ンダ部に上記スピンドルユニット取付部に形成されたピ
ストン部が嵌合され、上記スピンドルユニット取付部が
ラム取付筒部に対して前記傾斜軸線に沿って移動可能と
されており、上記傾斜軸線に直交するラム取付筒部とス
ピンドルユニット取付部との対向面に第２の割出し装置
の互いに係合離脱可能なカービックカップリングが設け
られ、ラム内に挿通されたドライブ軸によって回転駆動
される回転部材と上記スピンドルユニット取付部には、
第２の割出し装置のカービックカップリングが離脱した
とき互いに係合するカップリングが設けられていること
を特徴とする。 【００１２】 【００１３】 【００１４】 【作用】ドライブ軸の回転によって第１の割出し装置及
び第２の割出し装置を順次選択的に作動させることによ
って、スピンドルユニットの軸線の傾斜角度及び方向の
割出しが行なわれ、そのスピンドルユニットの先端に装
着された工具をワークの加工面に対して所定角度で接触
させ、その加工を行うことができる。 【００１５】 【実施例】以下、図１乃至図５を参照して本発明の実施
例について説明する。 【００１６】図１において、符号２０はクロスレールに
沿って横行するサドルに装着されたラムであって、ラム
２０の下端部には、Ｂ軸割出し部２１とスピンドルユニ
ット２２とからなるアタッチメント２３が装着されてい
る。上記Ｂ軸割出し部２１はラム２０の下端に第１のカ
ービックカップリング２４を介して係脱可能なラム取付
筒部２５と下端に上記スピンドルユニット２２を装着し
たスピンドルユニット取付部２６から構成されており、
上記ラム取付筒部２５には、上記ラム２０と同心状の筒
状部２５ａとその筒状部２５ａの軸線に対して角θだけ
斜交した軸線を有する傾斜筒部２５ｂが形成されてい
る。そして、上記傾斜筒部２５ｂの内周面にはシリンダ
部２７が形成されている。 【００１７】一方、上記スピンドルユニット取付部２６
には、その下端面に装着された、ビルトインモータ２８
を有するスピンドルユニット２２の軸線に対して角θ斜
交した傾斜軸線を有する柱状部２９が一体に形成されて
おり、その柱状部２９の外周には前記傾斜筒部２５ｂの
シリンダ部２７に嵌合するピストン３０が固着され、上
記シリンダ部２７及びピストン３０によってスピンドル
ユニット２２とともにスピンドルユニット取付部２６が
傾斜軸線に沿って摺動可能としてある。 【００１８】また、ラム取付筒部２５とスピンドルユニ
ット取付部２６との対向面は、上記傾斜軸線に対して直
交する平面内に形成されており、その対向面には互いに
係脱可能な第２のカービックカップリング３１が設けら
れている。なお、図中符号３２は、スピンドルユニット
２２の下端面に取付ける工具の着脱用の油圧シリンダで
ある。 【００１９】ところで、前記ラム２０内には同心的にド
ライブ軸３５が挿通されており、そのドライブ軸３５の
下端部には図２に示すようにアタッチメントドライブ軸
３６がスプライン係合によりその軸線方向に摺動可能に
連結されている。このアタッチメントドライブ軸３６の
下部は、ラム取付筒部２５内に設けられた軸受３７によ
って軸線回りに回動可能に軸支されており、上記アタッ
チメントドライブ軸３６の下端には傘歯車３８が装着さ
れている。上記傘歯車３８には、ラム取付筒部２５に前
記傾斜軸線上に軸装されている従動傘歯車３９が噛合さ
れており、その従動傘歯車３９の軸端と、スピンドルユ
ニット取付部２６の頂端部との間には、前記スピンドル
ユニット取付部２６が上動し前記第２のカービックカッ
プリング３１が係合しているとき離脱するカップリング
４０が設けられている。 【００２０】他方、ラム２０内には、図１及び図２に示
すように、ラム２０の内周面とドライブ軸３５との間に
アタッチメントクランパー４１が同心状に配設されてお
り、そのアタッチメントクランパー４１の下端部が前記
ラム取付筒部２５の内周段部に係合連結されている。 【００２１】また、図１に示すように、上記アタッチメ
ントクランパー４１の上部外周には、ラム２０の内周面
に形成されたシリンダ部４２に嵌合するピストン４１ａ
が固着され、そのピストン部４１ａの上下によってアタ
ッチメントクランパー４１がラム２０内に上下されるよ
うにしてある。さらに、上記アタッチメントクランパー
４１の頂端部には、半径方向内方側に突出する爪片４１
ｂが突設されており、その爪片４１ｂが前記ドライブ軸
３５の外周に形成された爪４３と係脱し得るようにして
ある。図１及び図２は、ラム２０の軸線とスピンドルユ
ニット２２の軸線が同一軸線になるように割出され固定
状態とされた図であり、第１のカービックカップリング
２４及び第２のカービックカップリング３１がともに係
合状態に保持されている。 【００２２】そこで、この状態からスピンドルユニット
２２の軸線をラムの軸線に対して所定角度傾斜するよう
に割出す場合には、図３に示すように、ラム取付筒部２
５に設けられたシリンダ部２７内のピストン部３０の上
側に圧油が供給され、スピンドルユニット取付部２６が
その傾斜軸線に沿って下降される。したがって、第２の
カービックカップリング３１が離脱するとともに、カッ
プリング４０が噛合する。 【００２３】しかして、図示しない割出し用モータによ
ってドライブ軸３５を回動させると、アタッチメントド
ライブ軸３６を介して傘歯車３８が回転され、従動傘歯
車３９及びカップリング４０を介してスピンドルユニッ
ト取付部２６及びスピンドルユニット２２が傾斜軸線回
りに回動し、図４に示すように、スピンドルユニット２
２の軸線がラム２０の軸線に対して所定角度傾斜した状
態となる。そこで、シリンダ２７の下部室に圧油を供給
すると、ピストン３０が上動し、第２のカービックカッ
プリング３１が噛み合い、カップリング４０が離脱し、
スピンドルユニット２２の傾斜角度すなわちＢ軸回りの
割出しを終了することができる（図５参照）。 【００２４】このような状態で、シリンダ４２内の圧油
を排出すると、アタッチメントクランパー４１が下降し
爪４１ｂがドライブ軸３５の爪４３と噛み合うととも
に、アタッチメントクランパー４１の下降によってラム
取付筒部２５が下降して第１のカービックカップリング
２４の係合が離脱する。そこで、ドライブ軸３５を回転
させると、爪４１ｂと４３の噛合いによりアタッチメン
トクランパー４１が軸線回りに回動され、ラム取付筒部
２５、及びそれに第２のカービックカップリング３１を
介して噛み合っているスピンドルユニット取付部２６が
ラム軸線回りに回動され、スピンドルユニット２２のＣ
軸回りの割出しが行なわれる。したがって、その後シリ
ンダ４２内に圧油を供給してアタッチメントクランパー
４１を上動させると、爪４１ｂと４３の噛合が離脱し、
第１のカービックカップリング２４が噛み合い、割出し
を終了することができる。 【００２５】ところで、上述のようにスピンドルユニッ
ト２２の垂直軸線回りの割出しと傾斜角度の割出しとを
共通のドライブ軸３５によって行なうので、上記割出し
を行なった後、さらに傾斜角度の割出しを行なう場合に
は、ピストン３０の上部シリンダ室に圧油を供給してカ
ップリング４０を噛み合わせる前に、前回の傾斜角を記
憶しておき、ドライブ軸のオリエンテーションをしてお
き、前回の割出し時におけるドライブ軸３５の位置すな
わち従動傘歯車３９の回動位置に戻すことによって、シ
リンダ２７のピストン上部室への圧油の供給によってカ
ップリング４０を確実に噛合せさせることができる。 【００２６】なお、上記実施例においてはアタッチメン
トドライブ軸３６の回転をスピンドルユニット取付部２
６へ伝動するのに傘歯車を使用したものを示したが、傘
歯車の代わりにオルダム継手或はユニバーサルジョイン
ト等を使用することができる。 【００２７】 【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、ス
ピンドルユニットをその両側から軸支する必要がなく、
スピンドルユニットまわりを小形化することができ、し
かも割出し施回部を工具と反対側に設けることができる
ので、ワークとの干渉が発生することを防止できる。し
かも割出しを行なうためのカービックカップリングはラ
ム軸に直交する平面及び斜交する平面内に配設でき、そ
の施回方向に切削反力が加わらないようにすることがで
き、全体の剛性を高くすることができる。さらに、スピ
ンドルユニットの傾斜角すなわち振り上げ角度も、傾斜
軸線のなす角度θの２倍とすることができて、十分実用
に対応することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の割出しヘッドの概略構成を示す部分断
面図。 【図２】本発明の割出し部の拡大断面図。 【図３】本発明の割出しヘッドの作動説明図であって、
第２のカービックカップリングが離脱した状態を示す
図。 【図４】図３の状態からスピンドルユニットを傾斜軸線
回りに所定角度を施回させた状態を示す図。 【図５】割出しを完了時を示す図。 【図６】多軸制御プラノミラーの概略構成を示す図。 【図７】従来の工作機械のヘッド部の概略構成を示す
図。 【図８】従来のヘッド部におけるスピンドルユニット振
り上げ状態説明図。 【符号の説明】 ２０ ラム ２１ Ｂ軸割出し部 ２２ スピンドルユニット ２３ アタッチメント ２４ 第１のカービックカップリング ２５ ラム取付筒部 ２６ スピンドルユニット取付部 ２７ シリンダ部 ３０ ピストン ３１ 第２のカービックカップリング ３５ ドライブ軸 ３６ アタッチメントドライブ軸 ３８ 傘歯車 ３９ 従動傘歯車 ４０ カップリング ４１ アタッチメントクランパー ４１ａ ピストン ４２ シリンダ部 ４１ｂ、４３ 爪

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】工作機械のラムの先端に装着され、ビルト
   インモータが設けられたスピンドルユニットを有するア
   タッチメントをラム軸線周りの回転方向に割出す第１の
   割出し装置と、上記スピンドルユニットを、そのスピン
   ドルユニットの軸線に対して斜交する傾斜軸線周りの回
   転方向に割出す第２の割出し装置と、ラム内に配設さ
   れ、上記第１の割出し装置及び第２の割出し装置に対し
   て選択的にその割出し回転を与えるドライブ軸とを有す
   る工作機械の割出しヘッドにおいて、上記アタッチメン
   トはラム取付筒部とスピンドルユニット取付部とを有
   し、ラム取付筒部に前記傾斜軸線と同心状のシリンダ部
   が形成され、そのシリンダ部に上記スピンドルユニット
   取付部に形成されたピストン部が嵌合され、上記スピン
   ドルユニット取付部がラム取付筒部に対して前記傾斜軸
   線に沿って移動可能とされており、上記傾斜軸線に直交
   するラム取付筒部とスピンドルユニット取付部との対向
   面に第２の割出し装置の互いに係合離脱可能なカービッ
   クカップリングが設けられ、ラム内に挿通されたドライ
   ブ軸によって回転駆動される回転部材と上記スピンドル
   ユニット取付部には、第２の割出し装置のカービックカ
   ップリングが離脱したとき互いに係合するカップリング
   が設けられていることを特徴とする、工作機械の割出し
   ヘッド。