JP3557300B2 - 三軸加工機 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、コンピュータ制御によって三次元加工を行うことにより三次元加工物を得ることのできる三軸加工機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、三軸加工機等の工作機械においては、消耗した工具を新しい工具と取り替えたり、加工の種類に応じて工具を交換したりして使用することが行われている。このような工作機械の中に、図７に示したような工具支持部を備えたものがある。図において、１は、下端部に、下側が広径になったテーパ状の装着口２が形成された略円筒状のヘッドであり、上部側の中心部に駆動軸３がベアリング４を介して回動自在に取り付けられている。
【０００３】
そして、この駆動軸３の上端にベルトを５を介して回転駆動するプーリ６が固定されている。７は、ヘッド１の装着口２に着脱自在に取り付けられた円錐筒状のホルダーであり、ベアリング８を介して内部にスピンドル９が回動自在の状態で取り付けられている。このスピンドル９は、上端に継手部材１０が設けられて駆動軸３と連結できるようになっており、下端には工具１１を取り付けるための取付穴１２が設けられている。
【０００４】
１３は、ヘッド１における装着口２の略中段部に設けられた穴１４内に遊嵌された球であり、ヘッド１の外周に設けられたスリーブ１５を下方に移動することにより、ホルダー７側に付勢されその周面に設けられた溝１６に係合してホルダー７をロックするようになっている。また、１７は、スリーブ１５の上部側に配設されスリーブ１５を下方に付勢するばねであり、このばね１７に抗してスリーブ１５を上方に移動させることにより、上記球１３によるホルダー７のロックが解除されるようになっている。
【０００５】
そして、その使用においては、モータ（図示せず）を駆動させることにより、ベルト５，プーリ６，駆動軸３，継手部材１０，スピンドル９を介して、工具１１を回転させ切削加工を行う。また、工具１１を取り替える場合には、まず、スリーブ１５を上方に押し上げて球１３によるホルダー７のロックを解除し、ホルダー７をスピンドル９とともに下方に下げてヘッド１から取り外す。ついで、スピンドル９から工具１１を取り外してこれから使用する他の工具１１をスピンドル９に取り付け、このスピンドル９をホルダー７とともにヘッド１に取り付けたのち切削加工を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような工作機械では、ベルト５を介してモータの回転力をプーリ６に伝達するため、モータとプーリ６の間隔が広くなり装置が大形になるという問題がある。また、モータの回転力を正確にプーリ６に伝達するためには、ベルト５の張力が小さすぎたりベルト５がプーリ６から外れることなく適正な状態でベルト５がプーリ６に巻回される必要がある。
【０００７】
さらに、ベルト５が巻回されるモータ側部分とプーリ６の高さ位置が異なったり、モータの回転軸と駆動軸３が平行になっていなかったりするとプーリ６が回転しにくくなって回転力の伝達にむらが生じたりする。このため、装置における、モータ側のプーリとスピンドル９側のプーリ６の間隔，高さ、およびベルト５の長さ等を高精度に設定する必要が生じコストアップになるという問題もある。
【０００８】
また、上記の工作機械では、ホルダー７のヘッド１への着脱を、ホルダー７を上下方向に移動させることにより行うため、工具１１の長さが長かったり、工具１１の下方に被加工材料が固定されてスペースに余裕がない場合、着脱の作業がし難いという問題があった。特に小型の工作機械においてはこれが大きな問題であった。
【０００９】
さらに、ヘッド１は、ベルト５が巻回されたプーリ６に連結され取り外しができないため、スピンドル９をホルダー７に取り付け、そのホルダー７をヘッド１に対して着脱自在に取り付けている。その結果、機械全体の構造が複雑になるという問題も生じていた。
【００１０】
この発明は、このような事情に鑑みなされたもので、従来例のように、ベルトを使用することなく直接モータの回転力をプーリに伝達することにより、装置を小型化でき、かつ、ラフな設計でもモータの回転力が正確にプーリに伝達でき、さらに、低コスト化が実現できる三軸加工機の提供をその目的とし、さらに、工具の着脱作業を容易に行える三軸加工機の提供もその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の問題点を解決するために、この発明にかかる三軸加工機は、工具を把持し回転自在の状態で装置本体側の基台に取り付けられるスピンドル部の上部側に円板状の被回転部を設け、上記装置本体側にモータを配設するとともに、このモータの回転軸に、上記被回転部の周面にそれ自身の周面が摩擦接触するようにして円板状の回転部を取り付け、上記モータの駆動によって上記スピンドル部を回転させるようにした三軸加工機を第１の要旨とする。
【００１２】
そして、上記加工機において、工具把持部と被回転部を備えたスピンドル部と、このスピンドル部の胴部にベアリングを介して回転自在の状態で外嵌されたホルダーとでスピンドルユニットを構成し、このスピンドルユニットが取り付けられる基台の前側部分に取着凹部を設けるとともに、この取着凹部の前側に締付け部を設け、上記ホルダーを上記基台の前側から取着凹部に入れ、上記締付け部を締め付けることにより、上記スピンドル部を回転自在にした状態で上記スピンドルユニットを基台に取り付け可能にした三軸加工機を第２の要旨とする。
【００１３】
【作用】
すなわち、この発明の三軸加工機では、スピンドル部の上部側に円板状の被回転部を設けるとともに、装置本体側に配設したモータの回転軸に円板状の回転部を取り付け、この回転部と上記被回転部の周面どうしが摩擦接触するようになっている。したがって、従来例のような、モータの回転力をプーリに伝達するためのベルトが不要になり、装置の小型化が図れる。
【００１４】
また、モータの回転部とスピンドル部の被回転部が摩擦接触しているため、モータの回転力が確実にスピンドル部に伝達でき、回転むら等も生じなくなる。特に、被回転部の周面をＯリングで巻回した場合には、被回転部の周面における縦方向の面が曲面になるため、回転部と被回転部の高さ位置が異なったり、回転部の軸と被回転部の軸が平行になっていなかったりしても、回転部と被回転部の一部が接触状態になっていれば正確にモータの回転力が被回転部に伝達されるようになる。この結果、さほど精度のよくない設計を行っても適正な状態で作動する三軸加工機が得られるようになる。
【００１５】
さらに、スピンドル部の胴部外周に、ベアリングを介して回動自在になったホルダーを取り付け、このホルダーを直接、三軸加工機の基台に取り付けることにより、スピンドル部を回動自在にした状態で、スピンドルユニットを装置本体に取り付けることもできる。これによって、従来例のように、特別にヘッドを設ける必要がなくなり、装置全体の構造を簡単することもできる。
【００１６】
また、上記三軸加工機の基台における前側に取着凹部を設け、スピンドルユニットを基台の前側からこの取着凹部に向けて移動させることによりそのホルダーを取着凹部内に入れることができるようになる。そして、その状態で、取着凹部の前側に設けられた締付け部を締めることによってスピンドル部を回転自在の状態で基台に取り付けることができるようになる。さらに、スピンドルユニットの取り外しは、締付け部を解除しスピンドルユニットを手前に移動させることにより簡単にできるようになる。
【００１７】
このように、スピンドルユニットの三軸加工機への着脱がスピンドルユニットを基台に対して前後に移動させることにより行うことができるため、スピンドルユニットの下側にスペースが少ない場合や、被加工物が載置されている場合であっても、スピンドルユニットの着脱作業が容易に行えるようになる。
つぎに、この発明の三軸加工機を実施例を用いて詳しく説明する。
【００１８】
【実施例】
図１および図２は、この発明にかかる三軸加工機の主要部である可動部２０を示している。図において、２１は三軸加工機の本体側に設けられた横レールであり、これに沿って上記可動部２０がＸ（左右）方向に移動可能な状態で取り付けられている。２２は可動部２０の後壁部であり、後面に上記横レール２１と摺動可能に係合する横溝（図では隠れて見えない）が形成され、前面には縦方向に縦レール２３が設けられている。
【００１９】
２４は縦断面形状が略Ｌ字状の基台であり、縦壁部２５の後面に縦レール２３と摺動自在に係合する縦溝２６が設けられ、水平部分からなる取付け部２７の前面から後部側にかけて、図３に示すような先端部が半円状になった取着凹部２８が形成されている。そして、上記取付け部２７の前面には、ねじ２９によって締め付け可能な棒状の締付け部３０が取り付けられている。
【００２０】
３１は基台２４の一側面に固定された昇降装置であり、内部に配設されたプーリ，ベルト，モータの作用により、基台２４を縦レール２３に沿って上下移動させるようになっている。また、３２は基台２４の他端側上部に固定され、前面および側面の一部が開放された箱型のモータ固定部であり、内部にモータ３３を収容している。このモータ３３は回転軸３４をモータ固定部３２の下端から突出させた状態で、モータ固定部３２内で移動可能に収容され、ばね３５によって胴部がモータ固定部３２の一端側に押圧されている。３６は、回転軸３４の下端に取り付けられた円板状の回転部である。
【００２１】
３７は、取着凹部２８に位置決めされ締付け部３０の締め付けにより固定されたスピンドルユニットであり、図４および図５に示すように構成されている。これらの図において、３８は、円筒状の工具保持部であり、先端部３８ａが円周に沿って４分割されて可撓性を有し、軸を中心に広がったり、窄んだりできるようになっている。この工具保持部３８の先端部３８ａは内部に工具３９の上部側を挿通させた状態で、外周に螺合する固定具４０を締め付けることにより、上記工具３９を固定できるようになっている。
【００２２】
また、工具保持部３８の胴部には、ベアリング４１ａ，４１ｂを介して、ホルダー４２が工具保持部３８に対して回動自在に取り付けられている。４３はホルダー４２の上端縁部に突設されたフランジ状の下降防止部であり、スピンドルユニット３７が基台２４の取着凹部２８内に配設された際、取付け部２７の上面に当接しスピンドルユニット３７が下降することを防止し適正位置に保持する。
【００２３】
４４は、工具保持部３８の上端部に無理嵌状態で外嵌されたフランジ付き円筒状の被回転部であり、フランジ状部分の外周面に円周に沿って溝４５が設けられ、その溝４５にゴム製のＯリング４６が嵌入されている。このＯリング４６は、スピンドルユニット３７が取付け部２７に取り付けられた際に、回転部３６の周面に圧接し、モータ３３が回転駆動すると、その反対方向に回転するようになっている。
【００２４】
なお、上記ベアリング４１ａの上端面は被回転部４４の下端面に当接し、ベアリング４１ｂの下端面は、防塵および抜け止め用のワッシャー４７を介して、工具保持部３８の周面から突出したリング状突部４８に当接し、ホルダー４２が工具保持部３８に対して上下移動することを防いでいる。
【００２５】
この構成において、被加工物の切削加工に際しては、まず、被加工物を、可動部２０の下方にある被加工物固定部（図示せず）に固定する。ついで、図３の状態の可動部２０の取着凹部２８に向けて前側からスピンドルユニット３７を移動させ、下降防止部４３を取付け部２７の上面に当接させた状態でホルダー４２を取着凹部２８内に位置決めする。
【００２６】
つぎに、締付け部３０をホルダー４２の周面に当接させ、ねじ２９を締め付けることによって、ホルダー４２を取着凹部２８内に固定したのち、モータ３３を回転駆動させてスピンドル部（スピンドルユニット３７からホルダー４２を除いた部分）を回転させる。この場合、ばね３５の弾性によって、モータ３３がスピンドルユニット３７側に押圧されているため、回転部３６の周面が被回転部４４の周面のＯリング４６に圧接し、互いに空回りすることなく正確にモータ３３の回転力が被回転部４４に伝達される。
【００２７】
そして、可動部２０を移動させる駆動装置（図示せず）を作動させて可動部２０をＸ方向に移動させるとともに、昇降装置３１を作動させて基台２４をＺ（上下）方向に移動させ、被加工物の加工を行う。なお、上記被加工物固定部はＹ方向に移動可能になっており、このため、工具３９と被加工物とは相対的にすべての方向に移動可能になっている。
【００２８】
また、工具３９が消耗したり、切削加工の種類を変えるために工具３９を取り替える場合は、装置を停止させた状態で、ねじ２９を緩めて、スピンドルユニット３７を基台２４から取り外す。ついで、固定具４０を緩めることによって工具３９をスピンドルユニット３７から取り外し、他の工具３９を取り付けて固定具４０で締め付け固定する。そして、このスピンドルユニット３７を上記と同じ方法で基台２４に取り付け被加工物の切削加工を行う。
【００２９】
このように、この三軸加工機は、スピンドルユニット３７の上端に設けられた被回転部４４の周面にＯリング４６を巻回し、このＯリング４６にモータ３３の回転軸３４下端に設けられた回転部３６の周面を圧接させている。したがって、モータ３３とスピンドルユニット３７の間隔が少なくてすみ装置全体の小型化が図れるようになる。
【００３０】
また、回転部３６の周面が被回転部４４の周面に設けられたＯリング４６に直接接触するため、回転部３６の中心高さとＯリング４６の高さが正確に一致していなくても、一部が接触していれば正確に回転力を伝達できる。さらに、Ｏリング４６の表面が曲面になっているため、図６に示したように、被回転部４４に対して、回転部３６が一点鎖線で示したＡやＢのように傾いていても、特に障害なくモータ３３の回転力を被回転部４４に伝達することができる。この結果、モータ３３とスピンドルユニット３７の位置関係をさほど高精度にしなくとも適正な切削加工が行えるようになる。
【００３１】
さらに、従来例のような装置におけるヘッドを設けず、スピンドルユニット３７自体を基台２４に直接着脱するようになっているため、構造が極めて簡単になる。これによって、さらに小型で簡易な三軸加工機が得られるようになる。また、従来例のような、ベルトを用いないため、スピンドルユニット３７を基台２４から着脱する際、その着脱作業が極めて容易になる。
【００３２】
また、スピンドルユニット３７の基台２４への着脱を、スピンドルユニット３７を上下方向に移動させて行うのではなく、前後移動させることにより行うため、工具３９が長い場合や、工具３９と被加工物との間にあまり隙間がない場合でも簡単に工具３９の取り替えを行うことができるようになる。
【００３３】
なお、上記実施例においては、被回転部４４の周面を摩擦面にするために、Ｏリング４６を用いているが、摩擦面はこれに限定するものではなく、Ｏリング４６を用いず被回転部４４の周面自体を摩擦面に形成してもよい。また、回転部３６の周面にＯリングを取り付けたり、回転部３６の周面を摩擦面にしてもよく、要は、回転部３６の周面と被回転部４４の周面が相対的に滑ることなく摩擦によって回転力を正確に伝達できるように形成されていればよい。
【００３４】
さらに、Ｏリング４６を使用しない場合、回転部３６および被回転部４４の周面は縦方向に垂直になるようにしてもよいが、より好ましいのは、少なくとも一方の周面を縦方向に曲面となるようにすることである。これによって、Ｏリング４６を用いた場合と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、この発明にかかる三軸加工機は、モータ側の回転部とスピンドルユニット側の被回転部の周面どうしが摩擦接触するようにしている。その結果、装置の小型化が図れるようになるとともに、モータの回転力が確実に伝達でき回転むら等の不具合が生じなくなりラフな設計を行っても適正な状態で作動する三軸加工機が得られるようになる。
【００３６】
また、スピンドル保持用のホルダーを固定するヘッドを使用せずに、スピンドルユニットを装置本体から直接着脱できるようにすることにより、装置全体の構造が極めて簡単になる。その結果、小型で簡易な三軸加工機の実現が可能になる。さらに、スピンドルユニットの着脱を、スピンドルユニットを前後に移動させることにより行えるようにすることにより、工具の下方にスペースが無くとも工具の交換が行えるようになるとともに、その交換作業が極めて簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による三軸加工機の要部を示す斜視図である。
【図２】この発明の一実施例による三軸加工機の要部を示す正面図である。
【図３】図１に示した三軸加工機の要部からスピンドルユニットを取り除いた状態を示す斜視図である。
【図４】この発明の一実施例に用いるスピンドルユニットの正面図である。
【図５】この発明の一実施例に用いるスピンドルユニットの縦断面図である。
【図６】回転部とＯリングが圧接した状態を示す説明図である。
【図７】従来例の縦断面図である。
【符号の説明】
２０ 可動部
２４ 基台
２８ 取着凹部
２９ ねじ
３０ 締付け部
３３ モータ
３４ 回転軸
３６ 回転部
３７ スピンドルユニット
３８ 工具保持部
３９ 工具
４１ａ，４１ｂ ベアリング
４２ ホルダー
４４ 被回転部
４６ Ｏリング

Claims (2)

1. 工具を把持し回転自在の状態で装置本体側の基台に取り付けられるスピンドル部の上部側に円板状の被回転部を設け、上記装置本体側にモータを配設するとともに、このモータの回転軸に、円板状の回転部を取付け、また、上記被回転部の周面にＯリングを巻回してそれ自身の周面を摩擦接触面として、円板状の被回転部と円板状の回転部を摩擦接触させて、上記モータからの動力を伝え上記スピンドル部を回転させるようにしたことを特徴とする三軸加工機。
2. 工具把持部と被回転部を備えたスピンドル部と、このスピンドル部の胴部にベアリングを介して回転自在の状態で外嵌されたホルダーとでスピンドルユニットを構成し、このスピンドルユニットが取り付けられる基台の前側部分に取着凹部を設けるとともに、この取着凹部の前側に締付け部を設け、上記ホルダーを上記基台の前側から取着凹部に入れ、上記締付け部を締め付けることにより、上記スピンドル部を回転自在にした状態で上記スピンドルユニットを基台に取り付け可能にした請求項１に記載の三軸加工機。

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