JP3828790B2 - 工作機械、工具、工具ホルダおよびこれを用いた加工方法 - Google Patents
工作機械、工具、工具ホルダおよびこれを用いた加工方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具、工具ホルダ、工作機械およびこれを用いた加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタは、面削り、穴あけ、中ぐり、タッピング等の様々な加工を複合的に行うことができる複合工作機械である。
マシニングセンタにおけるワークの加工は、たとえば、主軸に装着された回転工具と可動テーブルに固定されたワークとを相対移動させることにより行われる。
たとえば、基板や耐熱用鋼板等のワークへ直径が１ｍｍ以下のような小径の穴を加工する場合には、回転する主軸の先端に装着されたドリル等の刃具のワークへの切り込みとワークからの退避を繰り返し行って穴あけすることが知られている。
このように、刃具の切り込みと退避を繰り返すことにより、刃具の発熱による折損を抑制するとともに、加工される穴内から切削屑を効果的に排出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような刃具の切り込みと退避を繰り返し行うためには、主軸を繰り返し往復動作させる必要がある。
一方、穴あけ加工を効率良く行うためには、主軸の往復動作を高速に行う必要がある。主軸の往復動作を高速に繰り返し行うとマシニングセンタにかかる衝撃が大きく、マシニングセンタの性能や寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。
また、上記したような刃具の切り込みと退避を繰り返し行いながら穴あけ加工するための加工プログラムを作成するには、かなりの労力を必要とするという不利益も存在した。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、マシニングセンタ等の工作機械による加工において、工作機械への負担を軽減させることが可能な工具を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、比較的小径の穴あけ加工に用いられるドリル等の加工具の折損を抑制可能な工具および加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、前記主軸に装着される装着部と、ワークを加工する加工具と、前記加工具を回転させる駆動モータと、前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の所定の運動に変換する歯車機構とを有し、前記歯車機構は、楕円歯車等の非円形歯車を用いて前記加工具を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる。
【０００７】
また、本発明の工具は、前記工作機械の非回転部分に接続され、かつ、前記装着部を回転自在に保持する非回転部と、前記加工具を保持し、かつ、前記非回転部により当該加工具の回転軸方向に移動自在に保持される可動部とをさらに有し、前記歯車機構は、前記装着部と前記可動部との間に設けられている。
【０００８】
さらに好適には、前記駆動モータは、前記主軸および前記装着部の内部に形成された管路を通じて供給される圧縮空気により駆動されるエアモータである。
【０００９】
本発明の工具ホルダは、ワークを加工する加工具を回転自在に保持し、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、前記主軸に装着される装着部と、前記加工具を回転させる駆動モータと、ワークを加工する加工具を保持し、前記装着部に対して移動可能に設けられた可動部と、前記装着部から伝達される回転力を前記可動部の所定の運動に変換する歯車機構とを有し、前記歯車機構は、楕円歯車等の非円形歯車を用いて前記可動部を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる。
【００１０】
本発明の工作機械は、主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、前記工具は、前記主軸に装着される装着部と、ワークを加工する加工具と、前記加工具を回転させる駆動モータと、前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の所定の運動に変換する歯車機構とを有し、前記歯車機構は、楕円歯車等の非円形歯車を用いて前記加工具を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる。
【００１１】
本発明の加工方法は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される装着部と、ワークを加工する加工具と、前記加工具を回転させる駆動モータとを備え、前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の回転軸方向の往復運動に変換する歯車機構とを有する工具を工作機械の主軸に装着し、前記主軸および前記駆動モータを駆動させ、回転する前記加工具をワークに対して切り込みながら当該加工具を往復運動させてワークに穴あけ加工する。
【００１２】
本発明の加工方法においては、前記主軸の回転数を制御することにより、回転する前記加工具の往復運動の速度を制御する。
【００１３】
本発明では、加工具は駆動モータによって回転されるとともに、歯車機構によって所定の運動が与えられる。このため、加工具に当該所定の運動を与えるために主軸を移動させたりワークを保持するテーブルを移動させたりする必要がなく、工作機械の負担が軽減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
【００１５】
図１においてマシニングセンタ１は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００１６】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
【００１７】
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
【００１８】
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、エンドミルなどの工具Ｔが装着され主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。
【００１９】
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
【００２０】
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
【００２１】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンに工具ホルダによって保持された各種工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００２２】
数値制御（ＮＣ）装置５１は、上記のサーボモータ１８，１９，２０、クロスレール昇降用モータ３２および主軸モータ３１の駆動制御を行う。
ＮＣ装置５１は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、ＮＣ装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸モータ３１の回転数を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行う。
【００２３】
さらに、ＮＣ装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換の動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００２４】
エア源３００は、主軸４６の内部に形成された圧縮空気を供給するための管路に接続されており、主軸４６内の管路を通じて後述する工具に内蔵されているエアモータに圧縮空気を供給する。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態に係る工具の構成を示す正面図である。図２に示されている工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ６１とから構成される。
刃具１００は、本発明の加工具の一実施態様である。刃具１００は、たとえばドリルである。
なお、刃具以外の加工具としては、たとえば研削砥石などが挙げられる。
工具６０は、刃具１００を用いた場合には、たとえば穴あけ加工に使用され、研削砥石を用いた場合には、たとえばワークの研摩に使用される。
【００２６】
工具ホルダ６１は、装着部材６２と、非回転部材６６と、保持部材７０を備えている。
非回転部材６６は、図２に示すように、装着部材６２の刃具１００側の一部と、保持部材７０の主軸４６側の一部を覆っている。
図３は、図２に示す工具６０から非回転部材６６を取り外したところを示す正面図である。また、図４は、図２に示す工具６０のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【００２７】
装着部材６２は、図２に示すように、把持される把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク６２ｂと、このテーパシャンク６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド６２ｃとを備えている。
【００２８】
また、装着部材６２の刃具１００側の端部には、図３に示すように、後述する第１の冠歯車１４０が装着されている。
装着部材６２と第１冠歯車１４０が、本発明における装着部の一実施態様をなしている。
【００２９】
装着部材６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
装着部材６２のテーパシャンク６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
装着部材６２のプルスタッド６２ｃは、装着部材６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【００３０】
また、装着部材６２には、図４に示すように、中心部に管路６２ｄが形成されている。この管路６２ｄに連通するように管路６２ｄの内径よりも拡径された接続孔６２ｅが形成されている。
管路６２ｄには、上記した主軸４６の内部に形成された管路４６ｂを通じてエア源３００から供給される圧縮空気ＣＡが供給される。
さらに、装着部材６２は、中空円筒状の非回転部材６６の内周面に軸受６７を介して回転自在に保持されている。
【００３１】
第１冠歯車１４０は基準ピッチ円すい角が９０°のかさ歯車であり、そのピッチ面は平面である。
第１冠歯車１４０は、歯が形成されている端部を刃具１００側にして、装着部材６２に固定されている。
また、第１冠歯車１４０の回転軸部分には、上記の接続孔６２ｅと連通する空孔が形成されている。
【００３２】
非回転部材６６は円筒状の部材からなり、内部に収容孔６６ｇを備えている。また、図２に示すように、部材の主軸４６側の側面に当該主軸４６側に向かって突出するように固定された回り止めピン６９を備えている。
この回り止めピン６９は、装着部材６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部分４７に形成された嵌合穴４７ａに挿入される。この回り止めピン６９が嵌合穴４７ａに挿入されることにより、非回転部材６６は主軸４６の回転に関わらず回転が規制される。
【００３３】
保持部材７０も円筒状の部材からなり、内部に収容孔７０ａを備えている。この収容孔７０ａに、エアモータ８０が挿入されている。エアモータ８０は、保持部材７０に固定されている。
保持部材７０の外周には、バネ受け部材２００が内周面を保持部材７０の外周面に嵌合して固定されている。このバネ受け部材２００に、第２の冠歯車１８０がさらに嵌合している。この保持部材７０、第２冠歯車１８０、およびバネ受け部材２００が、本発明における可動部の一実施態様をなしている。
【００３４】
第２冠歯車１８０は、第１冠歯車１４０と同様の基準ピッチ円すい角が９０°のかさ歯車である。
第２冠歯車１８０のピッチ面も、第１冠歯車１４０の場合と同じく平面である。
第２冠歯車１８０は、歯が形成されている端部を主軸４６側にして、反対側の端部をバネ受け部材２００に固着させて、バネ受け部材２００と一体化している。
【００３５】
第２冠歯車１８０とバネ受け部材２００は、非回転部材６６の収容孔６６ｇに収容される。
バネ受け部材２００は、収容孔６６ｇに収容された時に、当該バネ受け部材２００と非回転部材６６のフランジ６６ｂとの間に配置されるコイルスプリング１６０の付勢力を受け止める。
【００３６】
バネ受け部材２００の外周面には、少なくとも一のキー溝２００ａが軸方向に沿って形成されている。また、非回転部材６６の収容孔６６ｇの内周面には、すべり摩擦を低減するための玉を備えたキー６６ａが、軸方向に沿って固定されている。
このキー６６ａがキー溝２００ａに嵌合すると、保持部材７０は、キー６６ａに備えられた玉により点接触状態で非回転部材６６に保持される。これにより、保持部材７０は、装着部材６２に対して図２におよび図４に示す回転軸方向Ａ１およびＡ２に移動自在となり、かつ、非回転部材６６に対して回転が規制される。したがって、装着部材６２が回転しても、保持部材７０は非回転部材６６に嵌合したままであり、回転することはない。
【００３７】
保持部材７０の刃具１００側の端部には、収容孔７０ａと連通するように支持孔７０ｂが形成されている。この支持孔７０ｂは、保持部材７０の刃具１００側端部で開口している。支持孔７０ｂの内周には、軸受９２を介してエアモータ８０の駆動軸８１が回転自在に支持されている。
【００３８】
エアモータ８０は、主軸４６側に接続管８２を備え、この接続管８２は、第１冠歯車１４０の空孔を貫通して装着部材６２の接続孔６２ｅに嵌合しており、接続管８２が接続孔６２ｅ内を軸方向に移動可能となっている。また、接続管８２と接続孔６２ｅとの間には、ＯリングＯＲが設けられており、このＯリングＯＲは接続管８２と接続孔６２ｅとの間をシールしている。
エアモータ８０は、管路６２ｄを通じて供給される圧縮空気ＣＡの圧力に応じた回転数で駆動軸８１を駆動する。
駆動軸８１の先端には、チャッキング部材９５が設けられており、このチャッキング部材９５にドリル等の刃具１００が着脱される。
【００３９】
図３に示すような楕円歯車１５０が、環状のキャリア１７０の外周面に所定枚数、回転軸１５１によって回転自在に支持されている。
キャリア１７０は、非回転部材６６の収容孔６６ｇ内において、保持部材７０の主軸４６側先端部で、主軸４６の回転軸まわりに回転自在、かつ、回転軸方向Ａ３およびＡ４の向きに移動自在に設置されている。
楕円歯車１５０は、図３および図４に示すように、非回転部材６６の内周面とキャリア１７０の外周面との間に配置され、第１冠歯車１４０と第２冠歯車１８０に噛合する。
【００４０】
前述のように、バネ受け部材２００と非回転部材６６のフランジ６６ｂとの間には、コイルスプリング１６０が配置されており、バネ受け部材２００と非回転部材６６を互いに離隔する方向に付勢力が作用している。
コイルスプリング１６０の付勢力により、バネ受け部材２００と一体化された保持部材７０および第２冠歯車１８０は主軸４６方向に押し付けられる。これにより楕円歯車１５０を第１冠歯車１４０と第２冠歯車１８０で挟み込んだ歯車機構が構成され、装着部材６２が回転することにより保持部材７０が往復運動する。
非回転部材６６は、ワーク加工時に発生する切り粉等の異物がこのギヤ機構部に侵入することを防ぐカバーの機能も果たしている。
楕円歯車１５０の形状や第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０の歯数等は実施例に応じて適宜定めればよいが、本実施形態では、装着部材６２の一回転毎に保持部材７０が回転軸方向Ａ１およびＡ２に２往復するようになっている。
【００４１】
次に、上記構成の工具６０の動作の一例について説明する。
まず、図２に示したように、主軸４６に工具６０を装着し、エア源３００から所望の圧力に調整された圧縮空気ＣＡを主軸４６内の管路４６ｂに供給する。管路４６ｂを通じて、工具６０内のエアモータ８０には圧縮空気ＣＡが供給され、駆動軸８１が回転する。これによって、刃具１００は、図２に示す矢印Ｒ２の向きに、たとえば、数万ｍｉｎ-1で回転する。
【００４２】
一方、図２および図３に示したように、主軸４６を矢印Ｒ１の向きに回転させる。主軸４６の回転は、第１冠歯車１４０を介して楕円歯車１５０の回転に変換される。
楕円歯車１５０は、バネ受け部材２００を楕円歯車１５０に押し付けるコイルスプリング１６０の付勢力により、第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０と噛合したまま、回転軸１５１まわりに回転しつつ、キャリア１７０の回転軸を中心にした円周方向の遊星運動も行う。
その際に、楕円歯車１５０は、その長軸と短軸の長さの違いにより、図４に示す回転軸方向Ａ３およびＡ４の向きにも往復運動する。それゆえ、楕円歯車と噛合している第２冠歯車１８０とともに、保持部材７０および刃具１００も回転軸方向Ａ１およびＡ２の向きに往復運動する。
ただし、保持部材７０は非回転部材６６に対して回転が規制されているので、回転軸方向にのみ往復運動する。
【００４３】
たとえば、図３に示した状態において、楕円歯車１５０と第２冠歯車１８０との関係が、保持部材７０を装着部材６２に対して最下点に位置させる関係にあるとする。
図５は、楕円歯車１５０と第２冠歯車１８０との関係が、保持部材７０を装着部材６２に対して最上点に位置させる関係に変化した状態を示す図であり、図６は図５に示す状態におけるＢ−Ｂ線方向の断面図である。
また、図７は、保持部材７０の最下点から最上点への位置の変化の際の楕円歯車１５０、第１冠歯車１５０および第２冠歯車１８０の動作をさらに詳細に説明するための図である。
【００４４】
図５に示すように、刃具１００が最下点からストロークＳＴ１だけ上昇すると、工具６０の内部では、図６に示すように保持部材７０およびエアモータ８０も装着部材６２に向かって移動する。
このとき、楕円歯車１５０は、第１冠歯車１４０の矢印Ｒ１への回転により、図７（ａ）に示されている位置から図７（ｂ）に示されている位置へ移動している。
その際、第１冠歯車１４０は回転軸方向へは移動せず、一方、第２冠歯車１８０は回転軸方向へは移動自在であるが、回転軸まわりには回転しない。また、コイルスプリング１６０の付勢力ＳＰにより、楕円歯車１５０と第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０との噛合は常に保たれる。
さらに、前述のように、楕円歯車１５０を支持しているキャリア１７０は、回転軸方向に移動自在である。
したがって、第１冠歯車１４０の矢印Ｒ１への回転にともなって、楕円歯車１５０は、回転軸１５１まわりに回転しつつ第２冠歯車１８０の円周方向への遊星運動を行なって、図７（ａ）の位置から図７（ｂ）の位置へ移動する。
また、第１冠歯車１４０の回転軸方向へも、ストロークＳＴ２分だけ移動する。
【００４５】
主軸４６が連続的に回転すると、刃具１００はストロークＳＴ１の往復運動を繰り返す。
楕円歯車１５０、第１冠歯車１４０、第２冠歯車１８０の形状や歯数等は、ストロークＳＴ１の往復運動が主軸４６の１回転あたり２回発生するように形成されているため、たとえば、主軸４６の回転数が１０００ｍｉｎ-1である場合には、刃具１００は１分間あたり２０００往復する。
【００４６】
次に、上記構成の工具６０を使用した穴あけ加工の一例について説明する。
工具６０に使用する刃具１００に、たとえば、直径０．１ｍｍのドリルを使用し、工具６０における刃具１００が往復するストロークＳＴ１を１ｍｍとし、ワークとして板厚１０ｍｍの耐熱用鋼板に貫通孔を加工する場合を例に挙げて説明する。
まず、テーブル上にワークを固定し、さらに、工具６０を自動工具交換装置３９によって、マシニングセンタ１の主軸４６に装着する。
次いで、圧縮空気ＣＡを工具６０に供給して、刃具１００を、たとえば、４００００ｍｉｎ-1で回転させる。
【００４７】
次いで、回転する刃具１００をワークＷの上方の所定の位置に位置決めしたのち、主軸４６を所定の回転数、たとえば、５００ｍｉｎ-1で回転させる。これにより、主軸４６の回転数に応じた速度で刃具１００が１分間当たり１０００回の往復運動を開始する。
【００４８】
次いで、主軸４６をＺ軸方向に所定の速度、たとえば、２００ｍｍ／ｍｉｎの速度で下降させる。
これにより、刃具１００は、１ｍｍのストロークＳＴ１で往復運動を繰り返しながら、徐々にＺ軸方向に下降し、ワークに切り込む。
ワークに切り込んだ刃具１００は、繰り返し往復運動を行うため、切削屑は加工された穴から効率良く排出される。
また、切り込み動作と退避動作が繰り返されるため、刃具１００の発熱による折損を抑制することができる。
【００４９】
本実施形態では、刃具１００をワークに対して切り込んでいく際に、たとえば、図８に示すように、ワークＷの板厚Ｈの方向を３つの領域に分けて、各領域毎に刃具１００の往復速度をコントロールしながら穴あけ加工を行う。
【００５０】
具体的には、図８（ａ）に示すワークＷの表面付近の加工領域（１）と、図８（ｂ）に示すワークＷの内部である加工領域（２）と、図８（ｃ）に示すワークＷの裏面付近の加工領域（３）に分ける。
加工領域（１）の深さは、板厚Ｈが１０ｍｍの場合、たとえば、１ｍｍ程度とする。加工領域（２）の深さは、たとえば、８ｍｍ程度とし、残りを加工領域（３）とする。
【００５１】
加工領域（１）は、刃具１００がワークＷに食いつきを開始する領域であり、加工領域（３）は刃具１００がワークＷを貫通する領域であり、これらの領域はドリルが折損しやすい領域である。
【００５２】
たとえば、加工領域（１）においては、主軸４６の回転数を５００ｍｉｎ-1にし、加工領域（１）の加工が完了したのち、主軸４６の回転数を１０００ｍｉｎ-1に上昇させて加工領域（２）の加工を行い、加工領域（２）の加工が完了したのち、再び主軸４６の回転数を５００ｍｉｎ-1に減速して加工領域（３）の加工を行う。
このように、加工領域（１）および（３）においては、刃具１００の往復速度を比較的小さな値にし、加工領域（２）においては加工領域（１）および（３）よりも大きな値になるようにコントロールすることにより、刃具１００の折損を抑制することができるとともに、効率のよい穴あけ加工を行うことが可能となる。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、工具６０を用いて穴あけ加工を行う際に、刃具１００を工具６０に内蔵したエアモータ８０で回転させるとともに、主軸４６の回転を利用して刃具１００を回転軸方向に往復運動させながら主軸４６をワークに対して所定の送り速度で下降させて穴あけ加工を行う。
たとえば、刃具１００の下降および往復動作の双方を主軸４６の移動のみで行なった場合には、マシニングセンタ１に大きな負担がかかるが、本実施形態では、往復動作を主軸４６の回転を利用して楕円歯車１５０によって行わせるため、マシニングセンタ１の負担を大幅に軽減することができる。また、楕円歯車を用いた歯車機構を利用しているため、歯車回転時に適度な衝撃と高周波振動が発生する。これにより、切削屑が寸断されやすいという利点が生じる。また、楕円歯車１５０、第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０を摩耗に強い材料で形成することで、工具６０の寿命も長くなる。
さらに、エアモータ８０を使用して主軸４６を通じて圧縮空気を供給する構成とすることにより、電源供給のための配線等が不要となるため、工具６０の自動工具交換装置３９による交換が可能となる。
【００５４】
本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、エアモータ８０により刃具１００を回転させる構成としたが、たとえば、工具６０内に発電機および電動モータを内蔵させて刃具１００を回転させる構成とすることも可能である。
この場合には、主軸の回転力をギヤ機構および発電機の双方に伝達する構成とし、発電機の発生する電力によって電動モータを回転させ、この電動モータの回転によって刃具１００を回転させる構成とすればよい。
また、上述した実施形態では、加工具としてドリル等の刃具１００の場合について説明したが、たとえば、研削砥石等の他の加工具にも本発明は適用可能である。
さらに、上述した実施形態では、歯車機構によって刃具１００を往復運動させる場合について説明したが、往復運動に限らず、たとえば、旋回運動等の他の運動を行わせることも可能である。
また、上述した一実施形態である工具６０においては、刃具１００の運動を楕円歯車１５０によって生成したが、楕円歯車に限らず他の非円形歯車を用いて主軸４６の回転を利用して所定の運動をさせることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、マシニングセンタ等の工作機械による加工において、工作機械への負担を軽減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る工具の構成を示す正面図である。
【図３】図２に示す工具から非回転部材６６を取り外したところを示す正面図である。
【図４】図２に示す工具のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【図５】主軸を回転させたときの工具の動作を説明するための正面図である。
【図６】図５に示す工具のＢ−Ｂ線方向の断面図である。
【図７】主軸を回転させたときの歯車機構の動作を説明するための正面図である。
【図８】穴あけ加工の手順を説明するための図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ
３１…主軸モータ
３９…自動工具交換装置
４６…主軸
５１…ＮＣ装置
６０…工具
６１…工具ホルダ
６２…装着部材
６６…非回転部材
６７…軸受
６９…回り止めピン
７０…保持部材
８０…エアモータ
９５…チャッキング部材
１００…刃具
１４０…第１冠歯車
１５０…楕円歯車
１６０…コイルスプリング
１７０…キャリア
１８０…第２冠歯車
２００…バネ受け部材
３００…エア源
【発明の属する技術分野】
本発明は、工具、工具ホルダ、工作機械およびこれを用いた加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタは、面削り、穴あけ、中ぐり、タッピング等の様々な加工を複合的に行うことができる複合工作機械である。
マシニングセンタにおけるワークの加工は、たとえば、主軸に装着された回転工具と可動テーブルに固定されたワークとを相対移動させることにより行われる。
たとえば、基板や耐熱用鋼板等のワークへ直径が１ｍｍ以下のような小径の穴を加工する場合には、回転する主軸の先端に装着されたドリル等の刃具のワークへの切り込みとワークからの退避を繰り返し行って穴あけすることが知られている。
このように、刃具の切り込みと退避を繰り返すことにより、刃具の発熱による折損を抑制するとともに、加工される穴内から切削屑を効果的に排出することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したような刃具の切り込みと退避を繰り返し行うためには、主軸を繰り返し往復動作させる必要がある。
一方、穴あけ加工を効率良く行うためには、主軸の往復動作を高速に行う必要がある。主軸の往復動作を高速に繰り返し行うとマシニングセンタにかかる衝撃が大きく、マシニングセンタの性能や寿命に悪影響を及ぼす可能性がある。
また、上記したような刃具の切り込みと退避を繰り返し行いながら穴あけ加工するための加工プログラムを作成するには、かなりの労力を必要とするという不利益も存在した。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑みて成されたものであって、その目的は、マシニングセンタ等の工作機械による加工において、工作機械への負担を軽減させることが可能な工具を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、比較的小径の穴あけ加工に用いられるドリル等の加工具の折損を抑制可能な工具および加工方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の工具は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、前記主軸に装着される装着部と、ワークを加工する加工具と、前記加工具を回転させる駆動モータと、前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の所定の運動に変換する歯車機構とを有し、前記歯車機構は、楕円歯車等の非円形歯車を用いて前記加工具を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる。
【０００７】
また、本発明の工具は、前記工作機械の非回転部分に接続され、かつ、前記装着部を回転自在に保持する非回転部と、前記加工具を保持し、かつ、前記非回転部により当該加工具の回転軸方向に移動自在に保持される可動部とをさらに有し、前記歯車機構は、前記装着部と前記可動部との間に設けられている。
【０００８】
さらに好適には、前記駆動モータは、前記主軸および前記装着部の内部に形成された管路を通じて供給される圧縮空気により駆動されるエアモータである。
【０００９】
本発明の工具ホルダは、ワークを加工する加工具を回転自在に保持し、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、前記主軸に装着される装着部と、前記加工具を回転させる駆動モータと、ワークを加工する加工具を保持し、前記装着部に対して移動可能に設けられた可動部と、前記装着部から伝達される回転力を前記可動部の所定の運動に変換する歯車機構とを有し、前記歯車機構は、楕円歯車等の非円形歯車を用いて前記可動部を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる。
【００１０】
本発明の工作機械は、主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、前記工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有し、前記工具は、前記主軸に装着される装着部と、ワークを加工する加工具と、前記加工具を回転させる駆動モータと、前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の所定の運動に変換する歯車機構とを有し、前記歯車機構は、楕円歯車等の非円形歯車を用いて前記加工具を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる。
【００１１】
本発明の加工方法は、工作機械の主軸に着脱可能に装着される装着部と、ワークを加工する加工具と、前記加工具を回転させる駆動モータとを備え、前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の回転軸方向の往復運動に変換する歯車機構とを有する工具を工作機械の主軸に装着し、前記主軸および前記駆動モータを駆動させ、回転する前記加工具をワークに対して切り込みながら当該加工具を往復運動させてワークに穴あけ加工する。
【００１２】
本発明の加工方法においては、前記主軸の回転数を制御することにより、回転する前記加工具の往復運動の速度を制御する。
【００１３】
本発明では、加工具は駆動モータによって回転されるとともに、歯車機構によって所定の運動が与えられる。このため、加工具に当該所定の運動を与えるために主軸を移動させたりワークを保持するテーブルを移動させたりする必要がなく、工作機械の負担が軽減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。なお、マシニングセンタはいわゆる複合加工の可能な数値制御工作機械である。
【００１５】
図１においてマシニングセンタ１は、門型のコラム３８の各軸によって両端部を移動可能に支持されたクロスレール３７を備えており、このクロスレール３７上を移動可能に支持されたサドル４４を介してラム４５が鉛直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられている。
【００１６】
サドル４４には、水平方向にクロスレール３７内を通じて図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４１が螺合している。
送り軸４１の一端部には、サーボモータ１９が接続されており、送り軸４１はサーボモータ１９によって回転駆動される。
【００１７】
送り軸４１の回転駆動によって、サドル４４はＹ軸方向に移動可能となり、これによってラム４５のＹ軸方向の移動および位置決めが行われる。
さらに、サドル４４には、鉛直方向に方向に図示しないねじ部が形成されており、これに外周にねじ部が形成された送り軸４２がねじ込まれている。送り軸４２の端部には、サーボモータ２０が接続されている。
【００１８】
サーボモータ２０によって送り軸４２が回転駆動され、これによりサドル４４に移動可能に設けられたラム４５のＺ軸方向の移動および位置決めが行われる。
ラム４５内には、主軸モータ３１が内蔵され、この主軸モータ３１はラム４５に回転自在に保持された主軸４６を回転駆動する。
主軸４６の先端には、エンドミルなどの工具Ｔが装着され主軸４６の回転によって工具Ｔが駆動される。
【００１９】
ラム４５の下方には、テーブル３５がＸ軸方向に移動可能に設けられている。テーブル３５には、図示しないねじ部が形成されており、これにＸ軸方向に沿って設けられた図示しない送り軸が螺合しており、この図示しない送り軸にサーボモータ１８が接続されている。
【００２０】
テーブル３５は、サーボモータ１８の回転駆動によってＸ軸方向の移動および位置決めが行われる。
また、２本の門型コラム３８には、図示しないねじ部がそれぞれ形成されており、これに螺合する送り軸３２ａをクロスレール昇降用モータ３２によって回転駆動することによりクロスレール３７は昇降する。
【００２１】
自動工具交換装置（ＡＴＣ）３９は、主軸４６に対して各種工具Ｔを自動交換する。
この自動工具交換装置３９は、たとえば、図示しないマガジンに工具ホルダによって保持された各種工具Ｔを収納しており、主軸４６に装着された工具Ｔを図示しない工具交換アームによってマガジンに収納し、必要な工具Ｔを主軸４６に工具交換アームによって装着する。
【００２２】
数値制御（ＮＣ）装置５１は、上記のサーボモータ１８，１９，２０、クロスレール昇降用モータ３２および主軸モータ３１の駆動制御を行う。
ＮＣ装置５１は、具体的には、予め加工プログラムで規定されたワークの加工手順にしたがって、サーボモータ１８，１９，２０による工具Ｔとワークとの間の位置および速度制御を行う。また、ＮＣ装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｓコードで規定された主軸モータ３１の回転数を解読することにより主軸４６の回転数の制御を行う。
【００２３】
さらに、ＮＣ装置５１は、加工プログラムにおいて、たとえば、Ｍコードで規定された工具Ｔの交換の動作を解読することにより、各種工具Ｔの自動交換を実行する。
【００２４】
エア源３００は、主軸４６の内部に形成された圧縮空気を供給するための管路に接続されており、主軸４６内の管路を通じて後述する工具に内蔵されているエアモータに圧縮空気を供給する。
【００２５】
図２は、本発明の一実施形態に係る工具の構成を示す正面図である。図２に示されている工具６０は、刃具１００と、この刃具１００を保持する工具ホルダ６１とから構成される。
刃具１００は、本発明の加工具の一実施態様である。刃具１００は、たとえばドリルである。
なお、刃具以外の加工具としては、たとえば研削砥石などが挙げられる。
工具６０は、刃具１００を用いた場合には、たとえば穴あけ加工に使用され、研削砥石を用いた場合には、たとえばワークの研摩に使用される。
【００２６】
工具ホルダ６１は、装着部材６２と、非回転部材６６と、保持部材７０を備えている。
非回転部材６６は、図２に示すように、装着部材６２の刃具１００側の一部と、保持部材７０の主軸４６側の一部を覆っている。
図３は、図２に示す工具６０から非回転部材６６を取り外したところを示す正面図である。また、図４は、図２に示す工具６０のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【００２７】
装着部材６２は、図２に示すように、把持される把持部６２ａと、上記の主軸４６の先端部に形成されたテーパスリーブ４６ａに装着されるテーパシャンク６２ｂと、このテーパシャンク６２ｂの先端部に形成されたプルスタッド６２ｃとを備えている。
【００２８】
また、装着部材６２の刃具１００側の端部には、図３に示すように、後述する第１の冠歯車１４０が装着されている。
装着部材６２と第１冠歯車１４０が、本発明における装着部の一実施態様をなしている。
【００２９】
装着部材６２の把持部６２ａは、上記した自動工具交換装置３９の工具交換アームによって、自動工具交換装置３９のマガジンから主軸４６に装着される際および主軸４６から自動工具交換装置３９のマガジンへ搬送される際に把持される。
装着部材６２のテーパシャンク６２ｂは、主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることによって、中心軸が主軸４６の中心軸と同心になる。
装着部材６２のプルスタッド６２ｃは、装着部材６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されると、主軸４６に内蔵された図示しないクランプ機構のコレットによってクランプされる。なお、主軸４６に内蔵されたクランプ機構は周知技術であるので詳細については省略する。
【００３０】
また、装着部材６２には、図４に示すように、中心部に管路６２ｄが形成されている。この管路６２ｄに連通するように管路６２ｄの内径よりも拡径された接続孔６２ｅが形成されている。
管路６２ｄには、上記した主軸４６の内部に形成された管路４６ｂを通じてエア源３００から供給される圧縮空気ＣＡが供給される。
さらに、装着部材６２は、中空円筒状の非回転部材６６の内周面に軸受６７を介して回転自在に保持されている。
【００３１】
第１冠歯車１４０は基準ピッチ円すい角が９０°のかさ歯車であり、そのピッチ面は平面である。
第１冠歯車１４０は、歯が形成されている端部を刃具１００側にして、装着部材６２に固定されている。
また、第１冠歯車１４０の回転軸部分には、上記の接続孔６２ｅと連通する空孔が形成されている。
【００３２】
非回転部材６６は円筒状の部材からなり、内部に収容孔６６ｇを備えている。また、図２に示すように、部材の主軸４６側の側面に当該主軸４６側に向かって突出するように固定された回り止めピン６９を備えている。
この回り止めピン６９は、装着部材６２が主軸４６のテーパスリーブ４６ａに装着されることにより、主軸４６側の、たとえば、ラム４５等の非回転部分４７に形成された嵌合穴４７ａに挿入される。この回り止めピン６９が嵌合穴４７ａに挿入されることにより、非回転部材６６は主軸４６の回転に関わらず回転が規制される。
【００３３】
保持部材７０も円筒状の部材からなり、内部に収容孔７０ａを備えている。この収容孔７０ａに、エアモータ８０が挿入されている。エアモータ８０は、保持部材７０に固定されている。
保持部材７０の外周には、バネ受け部材２００が内周面を保持部材７０の外周面に嵌合して固定されている。このバネ受け部材２００に、第２の冠歯車１８０がさらに嵌合している。この保持部材７０、第２冠歯車１８０、およびバネ受け部材２００が、本発明における可動部の一実施態様をなしている。
【００３４】
第２冠歯車１８０は、第１冠歯車１４０と同様の基準ピッチ円すい角が９０°のかさ歯車である。
第２冠歯車１８０のピッチ面も、第１冠歯車１４０の場合と同じく平面である。
第２冠歯車１８０は、歯が形成されている端部を主軸４６側にして、反対側の端部をバネ受け部材２００に固着させて、バネ受け部材２００と一体化している。
【００３５】
第２冠歯車１８０とバネ受け部材２００は、非回転部材６６の収容孔６６ｇに収容される。
バネ受け部材２００は、収容孔６６ｇに収容された時に、当該バネ受け部材２００と非回転部材６６のフランジ６６ｂとの間に配置されるコイルスプリング１６０の付勢力を受け止める。
【００３６】
バネ受け部材２００の外周面には、少なくとも一のキー溝２００ａが軸方向に沿って形成されている。また、非回転部材６６の収容孔６６ｇの内周面には、すべり摩擦を低減するための玉を備えたキー６６ａが、軸方向に沿って固定されている。
このキー６６ａがキー溝２００ａに嵌合すると、保持部材７０は、キー６６ａに備えられた玉により点接触状態で非回転部材６６に保持される。これにより、保持部材７０は、装着部材６２に対して図２におよび図４に示す回転軸方向Ａ１およびＡ２に移動自在となり、かつ、非回転部材６６に対して回転が規制される。したがって、装着部材６２が回転しても、保持部材７０は非回転部材６６に嵌合したままであり、回転することはない。
【００３７】
保持部材７０の刃具１００側の端部には、収容孔７０ａと連通するように支持孔７０ｂが形成されている。この支持孔７０ｂは、保持部材７０の刃具１００側端部で開口している。支持孔７０ｂの内周には、軸受９２を介してエアモータ８０の駆動軸８１が回転自在に支持されている。
【００３８】
エアモータ８０は、主軸４６側に接続管８２を備え、この接続管８２は、第１冠歯車１４０の空孔を貫通して装着部材６２の接続孔６２ｅに嵌合しており、接続管８２が接続孔６２ｅ内を軸方向に移動可能となっている。また、接続管８２と接続孔６２ｅとの間には、ＯリングＯＲが設けられており、このＯリングＯＲは接続管８２と接続孔６２ｅとの間をシールしている。
エアモータ８０は、管路６２ｄを通じて供給される圧縮空気ＣＡの圧力に応じた回転数で駆動軸８１を駆動する。
駆動軸８１の先端には、チャッキング部材９５が設けられており、このチャッキング部材９５にドリル等の刃具１００が着脱される。
【００３９】
図３に示すような楕円歯車１５０が、環状のキャリア１７０の外周面に所定枚数、回転軸１５１によって回転自在に支持されている。
キャリア１７０は、非回転部材６６の収容孔６６ｇ内において、保持部材７０の主軸４６側先端部で、主軸４６の回転軸まわりに回転自在、かつ、回転軸方向Ａ３およびＡ４の向きに移動自在に設置されている。
楕円歯車１５０は、図３および図４に示すように、非回転部材６６の内周面とキャリア１７０の外周面との間に配置され、第１冠歯車１４０と第２冠歯車１８０に噛合する。
【００４０】
前述のように、バネ受け部材２００と非回転部材６６のフランジ６６ｂとの間には、コイルスプリング１６０が配置されており、バネ受け部材２００と非回転部材６６を互いに離隔する方向に付勢力が作用している。
コイルスプリング１６０の付勢力により、バネ受け部材２００と一体化された保持部材７０および第２冠歯車１８０は主軸４６方向に押し付けられる。これにより楕円歯車１５０を第１冠歯車１４０と第２冠歯車１８０で挟み込んだ歯車機構が構成され、装着部材６２が回転することにより保持部材７０が往復運動する。
非回転部材６６は、ワーク加工時に発生する切り粉等の異物がこのギヤ機構部に侵入することを防ぐカバーの機能も果たしている。
楕円歯車１５０の形状や第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０の歯数等は実施例に応じて適宜定めればよいが、本実施形態では、装着部材６２の一回転毎に保持部材７０が回転軸方向Ａ１およびＡ２に２往復するようになっている。
【００４１】
次に、上記構成の工具６０の動作の一例について説明する。
まず、図２に示したように、主軸４６に工具６０を装着し、エア源３００から所望の圧力に調整された圧縮空気ＣＡを主軸４６内の管路４６ｂに供給する。管路４６ｂを通じて、工具６０内のエアモータ８０には圧縮空気ＣＡが供給され、駆動軸８１が回転する。これによって、刃具１００は、図２に示す矢印Ｒ２の向きに、たとえば、数万ｍｉｎ-1で回転する。
【００４２】
一方、図２および図３に示したように、主軸４６を矢印Ｒ１の向きに回転させる。主軸４６の回転は、第１冠歯車１４０を介して楕円歯車１５０の回転に変換される。
楕円歯車１５０は、バネ受け部材２００を楕円歯車１５０に押し付けるコイルスプリング１６０の付勢力により、第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０と噛合したまま、回転軸１５１まわりに回転しつつ、キャリア１７０の回転軸を中心にした円周方向の遊星運動も行う。
その際に、楕円歯車１５０は、その長軸と短軸の長さの違いにより、図４に示す回転軸方向Ａ３およびＡ４の向きにも往復運動する。それゆえ、楕円歯車と噛合している第２冠歯車１８０とともに、保持部材７０および刃具１００も回転軸方向Ａ１およびＡ２の向きに往復運動する。
ただし、保持部材７０は非回転部材６６に対して回転が規制されているので、回転軸方向にのみ往復運動する。
【００４３】
たとえば、図３に示した状態において、楕円歯車１５０と第２冠歯車１８０との関係が、保持部材７０を装着部材６２に対して最下点に位置させる関係にあるとする。
図５は、楕円歯車１５０と第２冠歯車１８０との関係が、保持部材７０を装着部材６２に対して最上点に位置させる関係に変化した状態を示す図であり、図６は図５に示す状態におけるＢ−Ｂ線方向の断面図である。
また、図７は、保持部材７０の最下点から最上点への位置の変化の際の楕円歯車１５０、第１冠歯車１５０および第２冠歯車１８０の動作をさらに詳細に説明するための図である。
【００４４】
図５に示すように、刃具１００が最下点からストロークＳＴ１だけ上昇すると、工具６０の内部では、図６に示すように保持部材７０およびエアモータ８０も装着部材６２に向かって移動する。
このとき、楕円歯車１５０は、第１冠歯車１４０の矢印Ｒ１への回転により、図７（ａ）に示されている位置から図７（ｂ）に示されている位置へ移動している。
その際、第１冠歯車１４０は回転軸方向へは移動せず、一方、第２冠歯車１８０は回転軸方向へは移動自在であるが、回転軸まわりには回転しない。また、コイルスプリング１６０の付勢力ＳＰにより、楕円歯車１５０と第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０との噛合は常に保たれる。
さらに、前述のように、楕円歯車１５０を支持しているキャリア１７０は、回転軸方向に移動自在である。
したがって、第１冠歯車１４０の矢印Ｒ１への回転にともなって、楕円歯車１５０は、回転軸１５１まわりに回転しつつ第２冠歯車１８０の円周方向への遊星運動を行なって、図７（ａ）の位置から図７（ｂ）の位置へ移動する。
また、第１冠歯車１４０の回転軸方向へも、ストロークＳＴ２分だけ移動する。
【００４５】
主軸４６が連続的に回転すると、刃具１００はストロークＳＴ１の往復運動を繰り返す。
楕円歯車１５０、第１冠歯車１４０、第２冠歯車１８０の形状や歯数等は、ストロークＳＴ１の往復運動が主軸４６の１回転あたり２回発生するように形成されているため、たとえば、主軸４６の回転数が１０００ｍｉｎ-1である場合には、刃具１００は１分間あたり２０００往復する。
【００４６】
次に、上記構成の工具６０を使用した穴あけ加工の一例について説明する。
工具６０に使用する刃具１００に、たとえば、直径０．１ｍｍのドリルを使用し、工具６０における刃具１００が往復するストロークＳＴ１を１ｍｍとし、ワークとして板厚１０ｍｍの耐熱用鋼板に貫通孔を加工する場合を例に挙げて説明する。
まず、テーブル上にワークを固定し、さらに、工具６０を自動工具交換装置３９によって、マシニングセンタ１の主軸４６に装着する。
次いで、圧縮空気ＣＡを工具６０に供給して、刃具１００を、たとえば、４００００ｍｉｎ-1で回転させる。
【００４７】
次いで、回転する刃具１００をワークＷの上方の所定の位置に位置決めしたのち、主軸４６を所定の回転数、たとえば、５００ｍｉｎ-1で回転させる。これにより、主軸４６の回転数に応じた速度で刃具１００が１分間当たり１０００回の往復運動を開始する。
【００４８】
次いで、主軸４６をＺ軸方向に所定の速度、たとえば、２００ｍｍ／ｍｉｎの速度で下降させる。
これにより、刃具１００は、１ｍｍのストロークＳＴ１で往復運動を繰り返しながら、徐々にＺ軸方向に下降し、ワークに切り込む。
ワークに切り込んだ刃具１００は、繰り返し往復運動を行うため、切削屑は加工された穴から効率良く排出される。
また、切り込み動作と退避動作が繰り返されるため、刃具１００の発熱による折損を抑制することができる。
【００４９】
本実施形態では、刃具１００をワークに対して切り込んでいく際に、たとえば、図８に示すように、ワークＷの板厚Ｈの方向を３つの領域に分けて、各領域毎に刃具１００の往復速度をコントロールしながら穴あけ加工を行う。
【００５０】
具体的には、図８（ａ）に示すワークＷの表面付近の加工領域（１）と、図８（ｂ）に示すワークＷの内部である加工領域（２）と、図８（ｃ）に示すワークＷの裏面付近の加工領域（３）に分ける。
加工領域（１）の深さは、板厚Ｈが１０ｍｍの場合、たとえば、１ｍｍ程度とする。加工領域（２）の深さは、たとえば、８ｍｍ程度とし、残りを加工領域（３）とする。
【００５１】
加工領域（１）は、刃具１００がワークＷに食いつきを開始する領域であり、加工領域（３）は刃具１００がワークＷを貫通する領域であり、これらの領域はドリルが折損しやすい領域である。
【００５２】
たとえば、加工領域（１）においては、主軸４６の回転数を５００ｍｉｎ-1にし、加工領域（１）の加工が完了したのち、主軸４６の回転数を１０００ｍｉｎ-1に上昇させて加工領域（２）の加工を行い、加工領域（２）の加工が完了したのち、再び主軸４６の回転数を５００ｍｉｎ-1に減速して加工領域（３）の加工を行う。
このように、加工領域（１）および（３）においては、刃具１００の往復速度を比較的小さな値にし、加工領域（２）においては加工領域（１）および（３）よりも大きな値になるようにコントロールすることにより、刃具１００の折損を抑制することができるとともに、効率のよい穴あけ加工を行うことが可能となる。
【００５３】
以上のように、本実施形態によれば、工具６０を用いて穴あけ加工を行う際に、刃具１００を工具６０に内蔵したエアモータ８０で回転させるとともに、主軸４６の回転を利用して刃具１００を回転軸方向に往復運動させながら主軸４６をワークに対して所定の送り速度で下降させて穴あけ加工を行う。
たとえば、刃具１００の下降および往復動作の双方を主軸４６の移動のみで行なった場合には、マシニングセンタ１に大きな負担がかかるが、本実施形態では、往復動作を主軸４６の回転を利用して楕円歯車１５０によって行わせるため、マシニングセンタ１の負担を大幅に軽減することができる。また、楕円歯車を用いた歯車機構を利用しているため、歯車回転時に適度な衝撃と高周波振動が発生する。これにより、切削屑が寸断されやすいという利点が生じる。また、楕円歯車１５０、第１冠歯車１４０および第２冠歯車１８０を摩耗に強い材料で形成することで、工具６０の寿命も長くなる。
さらに、エアモータ８０を使用して主軸４６を通じて圧縮空気を供給する構成とすることにより、電源供給のための配線等が不要となるため、工具６０の自動工具交換装置３９による交換が可能となる。
【００５４】
本発明は上述した実施形態に限定されない。
上述した実施形態では、エアモータ８０により刃具１００を回転させる構成としたが、たとえば、工具６０内に発電機および電動モータを内蔵させて刃具１００を回転させる構成とすることも可能である。
この場合には、主軸の回転力をギヤ機構および発電機の双方に伝達する構成とし、発電機の発生する電力によって電動モータを回転させ、この電動モータの回転によって刃具１００を回転させる構成とすればよい。
また、上述した実施形態では、加工具としてドリル等の刃具１００の場合について説明したが、たとえば、研削砥石等の他の加工具にも本発明は適用可能である。
さらに、上述した実施形態では、歯車機構によって刃具１００を往復運動させる場合について説明したが、往復運動に限らず、たとえば、旋回運動等の他の運動を行わせることも可能である。
また、上述した一実施形態である工具６０においては、刃具１００の運動を楕円歯車１５０によって生成したが、楕円歯車に限らず他の非円形歯車を用いて主軸４６の回転を利用して所定の運動をさせることも可能である。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、マシニングセンタ等の工作機械による加工において、工作機械への負担を軽減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される工作機械の一例としてのマシニングセンタの構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る工具の構成を示す正面図である。
【図３】図２に示す工具から非回転部材６６を取り外したところを示す正面図である。
【図４】図２に示す工具のＡ−Ａ線方向の断面図である。
【図５】主軸を回転させたときの工具の動作を説明するための正面図である。
【図６】図５に示す工具のＢ−Ｂ線方向の断面図である。
【図７】主軸を回転させたときの歯車機構の動作を説明するための正面図である。
【図８】穴あけ加工の手順を説明するための図である。
【符号の説明】
１…マシニングセンタ
３１…主軸モータ
３９…自動工具交換装置
４６…主軸
５１…ＮＣ装置
６０…工具
６１…工具ホルダ
６２…装着部材
６６…非回転部材
６７…軸受
６９…回り止めピン
７０…保持部材
８０…エアモータ
９５…チャッキング部材
１００…刃具
１４０…第１冠歯車
１５０…楕円歯車
１６０…コイルスプリング
１７０…キャリア
１８０…第２冠歯車
２００…バネ受け部材
３００…エア源
Claims (8)
- 工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具であって、
前記主軸に装着される装着部と、
ワークを加工する加工具と、
前記加工具を回転させる駆動モータと、
前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の所定の運動に変換する歯車機構と
を有し、
前記歯車機構は、非円形歯車を用いて前記加工具を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる
工具。 - 前記非円形歯車は楕円歯車である
請求項１に記載の工具。 - 前記工作機械の非回転部分に接続され、かつ、前記装着部を回転自在に保持する非回転部と、
前記加工具を保持し、かつ、前記非回転部により当該加工具の回転軸方向に移動自在に保持される可動部とをさらに有し、
前記歯車機構は、前記装着部と前記可動部との間に設けられている
請求項１又は２に記載の工具。 - 前記駆動モータは、前記主軸および前記装着部の内部に形成された管路を通じて供給される圧縮空気により駆動されるエアモータである
請求項１〜３のいずれか１項に記載の工具。 - ワークを加工する加工具を回転自在に保持し、工作機械本体の主軸に着脱可能に装着される工具ホルダであって、
前記主軸に装着される装着部と、
前記加工具を回転させる駆動モータと、
ワークを加工する加工具を保持し、前記装着部に対して移動可能に設けられた可動部と、
前記装着部から伝達される回転力を前記可動部の所定の運動に変換する歯車機構と
を有し、
前記歯車機構は、非円形歯車を用いて前記可動部を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる
工具ホルダ。 - 主軸と、前記主軸を駆動する駆動手段と、前記主軸とワークとの相対位置を変更する少なくとも一の制御軸とを備える工作機械本体と、
前記駆動手段および制御軸を加工プログラムにしたがって駆動制御する制御装置と、
前記工作機械の主軸に着脱可能に装着される工具と、を有する工作機械であって、
前記工具は、前記主軸に装着される装着部と、
ワークを加工する加工具と、
前記加工具を回転させる駆動モータと、
前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の所定の運動に変換する歯車機構と
を有し、
前記歯車機構は、非円形歯車を用いて前記加工具を当該加工具の回転軸方向に所定のストロークで往復運動させる
工作機械。 - 工作機械の主軸に着脱可能に装着される装着部と、ワークを加工する加工具と、前記加工具を回転させる駆動モータと、を備え、前記装着部から伝達される回転力を前記加工具の回転軸方向の往復運動に変換する歯車機構とを有する工具を工作機械の主軸に装着し、
前記主軸および前記駆動モータを駆動させ、
回転する前記加工具をワークに対して切り込みながら当該加工具を往復運動させてワークに穴あけ加工する
加工方法。 - 前記主軸の回転数を制御することにより、回転する前記加工具の往復運動の速度を制御する
請求項７に記載の加工方法。
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