JP3852050B2 - 工作機械におけるシャフト加工方法並びに同加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械におけるシャフト加工方法並びに、同加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基礎台の水平前後方向の一側個所に少なくとも前後方向への移動可能となされた主軸を装設された工作機械は存在している（例えば特許文献１参照）。
該工作機械において、前記主軸と関連した位置に、ワークを特定横向き軸線回りへ送り回転させるためのワーク把持回転送り機構部を設け、該ワーク把持回転送り機構部に把持させたワークを前記特定横向き軸線回りの特定角度位置へ送り回転させることによりその加工を行うことが既に実施されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
このような加工を実施する場合において、ワーク把持回転送り機構部にワークを着脱するときと、ワーク把持回転送り機構部に把持させたワークを主軸の作動により加工するときとの間で何れか一方から他方へ移行するときに、ワーク把持回転送り機構部を基礎台上で移動させることは行われていない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９６５２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特許第３０８３７７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようにワーク把持回転送り機構部を基礎台上で主軸方向へ移動させないでワークを加工する場合においては、ワーク把持回転送り機構部にワークを着脱するときに、作業者がワーク把持回転送り機構部に十分に近づくことができなかったり、ワークの着脱作業にとってワーク把持回転送り機構部と主軸が近過ぎて十分な作業スペースが確保されないことがあり、これがために、ワークが主軸に固定された刃具に接触してワークや刃具が損傷することが生じるのであり、またワーク把持回転送り機構部に把持されたワークを加工するとき、加工開始位置の主軸に固定された刃具からワークまでの距離が大きいために、主軸をワークに対し大きなストロークで変位させることが必要となって、加工能率上、不利となることがある。このことはワークがシャフト加工を対象とする場合にとりわけ大きな問題となって表れる。本発明は斯かる問題点に対処することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の第一の発明は請求項１に記載したように、ベッド上の前後向き一側箇所に他側方へ向かって先端に刃具を備えた主軸を回転自在で且つＸ，Ｙ，Ｚの直交三軸方向への送り移動可能に設け、これに対し他側箇所のベッド上には、ベッド内に設けたサーボモータの縦向き回転支持軸で回転される水平回転台と、該水平回転台の上面に固定された平面視方形状の横向き台とからなるシャフト把持回転送り機構部を設け、該シャフト把持回転送り機構部の上記横向き台は断面形状が直角三角形でその底面部と起立面部との間に位置する傾斜面部の両端箇所に対し、シャフトの把持回転送り機構部の起立支持台を取り付けた構成で、且つ該シャフト把持回転送り機構部の特定横向き軸線と、前記縦向き回転支持軸の軸線とが、水平方向で横向き台の傾斜面部の低いほうに必要距離だけ離間されるものとなし、前記縦向き回転支持軸を中心に横向き台を回転させてシャフトを前記シャフト把持回転送り機構部に脱着させるときは、上記傾斜面部が作業者側へ対向し且つ前記特定横向き軸線が前記縦向き回転支持軸の中心に比して作業者側へ前記必要距離分近づくものとなり、これに対し主軸の前後移動でシャフトを加工するときは前記傾斜面部が主軸側へ対向し且つ前記特定横向き軸線が前記縦向き回転支持軸の中心に比して主軸側へ前記必要距離分近付いて加工が行われるように実施するのである。
【０００８】
該発明では、シャフトを前記ワーク把持回転送り機構部に着脱するときは、前記横向き台は前記縦向き回転支持軸に対し前記他側へ偏倚されて、前記主軸から離れるようになり、これにより作業者は前記他側から前記ワーク把持回転送り機構部に近づきやすくなると共に、前記縦向き回転支持軸と前記主軸との間が大きくなってシャフト着脱のためのスペースが拡大化されるのである。
【０００９】
一方、前記ワーク把持回転送り機構部に把持されたシャフトを加工するときは、前記横向き台は、前記縦向き回転支持軸に対し前記一側へ偏倚されて、前記主軸に近づくようになり、これにより加工開始位置の主軸からシャフトまでの距離が小さくなってシャフトは小さなストロークで加工されるようになる。
【００１０】
また本願の第二の発明では、請求項２に記載したように、上記横向き台の傾斜面を水平面に対して１５度以上に傾斜させて実施する。
【００１１】
このようにすれば、加工により生じた切削屑が前記横向き台の上面に落下してもそれは切削液の流動作用により自重により切削液と共に流れ落ちるものとなる。また前記ワーク把持回転送り機構部はシャフトを把持した状態で特定横向き軸線Ｓ回りへ送り回転させるものとなされるが、この際、特定横向き軸線Ｓと前記横向き台の上面とは予定された最大のシャフト加工に必要となる距離Ｌ１だけ離間されるのであり、このような実情の下で、前記横向き台の上面が１５度以上に傾斜されていることは、特定横向き軸線Ｓと前記横向き台の上面との相互間距離Ｌ１の垂直方向成分距離を短くなし、前記ワーク把持回転送り機構部や前記横向き台に作用するシャフト加工中の曲げ力Ｍ１を小さくなすように作用する。
【００１２】
この発明は次のように具体化するのがよいのであって、即ち、請求項３に記載したように、水平なベッド上の前後向き後側箇所には前側方へ向かって先端に刃具を備えた主軸を回転自在で且つＸ，Ｙ，Ｚの直交三軸方向への送り移動可能に配置し、これに対し前側箇所のベッド上には、ベッド内に設けたサーボモータの縦向き回転支持軸で回転される水平回転台と、該水平回転台の上面に固定された平面視方形状の横向き台とからなるシャフト把持回転送り機構部を設けたものとなし，該シャフト把持回転送り機構部の上記横向き台は断面形状が直角三角形でその底面部と起立面部との間に位置する傾斜面部の両端箇所に対し、シャフトの把持回転送り機構部の起立支持台を取付け、且つ該シャフト把持回転送り機構部の特定横向き軸線と、前記縦向き回転支持軸の軸線とが、水平方向で横向き台の傾斜面部上の水平方向で前者が後者より傾斜面部の下降側へ位置するよう離間した配置になし、シャフトをシャフト把持回転機構部へ脱着させるときは、ベッドの前側箇所で行い、これに対しシャフトを加工するときは前記縦向き回転支軸を回転させて横向き台位置を主軸の位置するベッド上の後側へ転向させて行う構成となす。
【００１３】
上記発明は、請求項４に記載したように実施するのがよいのであって、即ち、上記横向き台の傾斜面を水平面に対して１５度以上に傾斜させて実施するのである。
【００１４】
該発明は請求項５に記載したようになすのがよいのであって、上記横向き台が水平な底面部と、該底面部の一端から起立された起立面部と、該起立面部の上端から底面部の他端部とを接続する傾斜面部とで囲まれた空間が形成されるものとなし，該空間内にシャフト把持回転送り機構部用のケーブルやパイプなどの必要部材を配設させている構成となす。これによれば、前記横向き台の剛性がその断面係数の増大化により向上するものとなり，また前記横向き台はケーブルやパイプなどの必要部材を保護するものとなる。これによれば、前記横向き台の剛性がその断面係数の増大化により向上するものとなり、また前記横向き台はケーブルやパイプなどの必要部材を保護するものとなる。
【００１５】
また本願の発明装置は、基礎台の水平前後方向の一側個所に少なくとも前後方向への移動可能となされた主軸を装設された工作機械において、前記基礎台の前記一側個所と対向する他側個所に回転駆動可能となされた縦向き回転支持軸を設けて該縦向き回転支持軸の上部に横向き台を固定し、該横向き台の上面に該上面上の特定横向き軸線回りへシャフトを送り回転させるものとしたワーク把持回転送り機構部を設け、さらに前記縦向き回転支持軸と前記特定横向き軸線とは水平方向上で必要距離だけ離間させたものとなす。
該発明は請求項１記載の発明の実施に使用されるものである。
【００１６】
上記発明は、前記横向き台の上面を１５度以上に傾斜させて実施するのである。このようにすれば、加工により生じた切削屑が前記横向き台の上面に落下してもそれは切削液の流動作用により自重により切削液と共に流れ落ちるものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る工作機械の一使用状態を示すもので一部を断面で示した側面図、図２は前記一使用状態を示す平面図、図３は図６のｘ１−ｘ１部を示す図である。
これらの図において、１はベッドであり、該ベッド１上に固定形コラム２、ワーク加工用治具装置３、数値制御機構４及び油圧空圧機器５が設けてある。
【００１８】
固定形コラム２はベッド上の一側個所に固定されてあって、前後向き（Ｚ軸方向）の主軸６を回転自在に支承した筒状の主軸ハウジング７が直交三軸をなすＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向への送り移動可能に装設されている。そして、主軸６の前端には刃具８が固定されている。
【００１９】
ワーク加工用治具装置３はベッド１上の他側に装設されてあって、ベッド１内方に設けられたサーボモータ９と、ベッド１上の特定位置に回転自在に支持され前記サーボモータ９で送り回転されるＹ軸方向縦向きの回転支持軸１０と、該回転支持軸１０の上部に固定された水平回転台１１と、該水平回転台１１の上面に水平状に固定された平面視方形状の横向き台１２と、該横向き台１２の上面に設けられたワーク把持回転送り機構部１３とからなっている。
【００２０】
この際、横向き台１２は図３に示すように断面形状を直角三角形状となされて、前記水平回転台１１に固定された水平状の底面部１２ａと、該底面部１２ａの一端から起立された起立面部１２ｂと、これら底面部１２ａと起立面部１２ｂとの間に位置された斜面部１２ｃとを有しており、該斜面部１２ｃの上面を水平面に対して１５度以上に傾斜させたものとなされている。図示例では斜面部１２ｃの上面は凡そ３５度程度に傾斜されている。そして底面部１２ａ、起立面部１２ｂ及び斜面部１２ｃで囲まれた個所は密閉可能な空間ａとなされている。
【００２１】
ワーク把持回転送り機構部１３は横向き台１２の一端側に固定されたワーク送り駆動部１３ａと、横向き台１２の他端側に固定されたテールストック１３ｂとからなっている。ワーク送り駆動部１３ａは、横向き台１２の斜面部１２ｃの上面に固定され側面個所にＮＣ（数値制御）テーブル１４を装設された起立支持台１５と、ＮＣテーブル１５と同心に固定され起立支持台１５上の特定横向き軸線Ｓ回りへ回転駆動されるチャック部１６と、起立支持台１５に支持され特定横向き軸線Ｓ上に位置されると共にチャック部１６の把持したシャフトｗの一端面の回転中心を支持するものとなされた駆動側センタ１７とを有するものとなされている。
【００２２】
この際、特定横向き軸線Ｓは回転支持軸１０からＺ軸方向へ必要距離Ｌ０だけ離間されたものとなされており、該必要距離Ｌ０はワーク把持回転送り機構部１３に対するシャフトｗの着脱を容易となし且つワーク把持回転送り機構部１３に把持されたシャフトｗの加工を能率的となすことのできる距離を言うもので、後述の説明から明らかとなる。そしてワーク駆動部１３ａとテールストック１３ｂとの間の特定横向き軸線Ｓ部分は横向き台１２の上面から距離Ｌ１（図３参照）だけ離間されているのであり、該距離Ｌ１は、予定された最大のシャフトｗが横向き台１２の上面上で特定横向き軸線Ｓ回りへ回転される上で必要となる特定の大きさとなされている。
【００２３】
チャック部１６はチャック本体部の半径方向へ移動可能となされシャフトｗを特定横向き軸線Ｓ上に把持するものとした複数の爪１６ａを有すると共にシャフトｗのＸ軸方向位置を位置決めするための半径面ｂを具備した２つの軸方向位置決め部材１６ｂをチャック本体部に固定されたものとなされている。
【００２４】
テールストック１３ｂは、横向き台１２の斜面部１２ｃの上面に固定された起立支持台１８と、これに装設されたＸ軸方向駆動装置１８ａと、該起立支持台１８に摺動変位自在に支持されＸ軸方向駆動装置１８ａにより押し移動されてシャフトｗの他端面の回転中心を支持するものとした押しセンタ１９とを有している。
【００２５】
さらに横向き台１２の空間ａ内には図３に示すようにワーク駆動部１３ａ及び前記テールストック１３ｂなどの作動に必要な部材であるケーブル２０やパイプ２１やチューブなどが配設されており、これらの部材２０、２１はベッド１上のワーク加工空間に露出しないように横向き台１２の下面から水平回転台１１の内方を経てベッド１の内方へ導かれ必要個所に接続されている。
【００２６】
上記のように構成した工作機械により、シャフトｗであるクランクシャフトを加工する場合の使用例を、図４〜図６をも参照して説明する。ここに、図４は工作機械のシャフト加工状態を示す側面図、図５は工作機械のシャフト加工状態を示す平面図、図６はワーク把持回転送り機構部１３及び横向き台１２についての比較例を示す図である。
【００２７】
加工すべきシャフトｗをワーク把持回転送り機構部１３にローディングする際は、横向き台１２を図１及び図２に示すように位置させる。これにより、特定横向き軸線Ｓは回転支持軸１０に対してＺ軸方向の前側へ偏倚した状態となる。該状態の下で、作業者ｃはベッド１の前側ｆ１からワーク把持回転送り機構部１３に近寄り、手作業或いはロボットにより、駆動側センタ１７と押しセンタ１９の間にシャフトｗを位置させ、次にＸ軸方向駆動装置１８ａの作動により押しセンタ１９を駆動側センタ１７の側へ変位させ、シャフトｗの各端面に形成されたセンタ孔のそれぞれに押しセンタ１９と駆動側センタ１７とを嵌合させてこれらセンタ１７、１９でシャフトｗを挟み付けると同時に軸方向位置決め部材１６ｂの半径面ｂに押し当てた状態とする。これにより駆動側センタ１７と押しセンタ１９はシャフトｗを特定横向き軸線Ｓ上の特定位置に支持するものとなる。この後、チャック部１６の爪１６ａを変位させて該爪１６ａでシャフトｗの一方の端部の軸部外周面を把持させるのであり、これによりシャフトｗのローディングは終了する。
【００２８】
このようなローディング作業においては、ワーク把持回転送り機構部１３が、回転支持軸１０と特定横向き軸線Ｓとが合致している場合に較べて作業者ｃの手元に近い位置に移動した状態となるのであり、従って作業者ｃがワーク把持回転送り機構部１３にシャフトｗを固定させる作業が的確且つ疲労少なく行われるようになるのであり、またワーク把持回転送り機構部１３が、回転支持軸１０と特定横向き軸線Ｓとが合致している場合に較べて主軸６に固定された刃具８から離れた状態となり、これによりシャフトｗのローディングのための刃具８からのスペースが広く確保されるため、シャフトｗが不用意に刃具８などと接触する事態は生じ難くなるのである。
【００２９】
次に刃具８がワーク把持回転送り機構部１３と干渉しない高さとなるように主軸６を上昇後退変位させ、この状態の下でサーボモータ９を作動させて横向き台１２を回転支持軸１０回りへ１３６度〜２２５度送り回転させ、特定横向き軸線Ｓを図４及び図５に示すようにＸ軸方向に合致させる。これにより、特定横向き軸線Ｓは回転支持軸１０に対してＺ軸方向の後側ｆ２へ偏倚した状態となる。次に数値制御機構部４を作動させてシャフトｗの特定横向き軸線Ｓ回りの位相を確定させ、この後に、数値制御機構部４の作動により、主軸６を回転作動させると共に、シャフトｗの特定横向き軸線Ｓ回りの位置及び主軸６の位置を制御させてシャフトｗを加工させる。
【００３０】
このようなシャフトｗの加工においては、加工開始位置の刃具８からシャフトｗまでの距離Ｌ３が、回転支持軸１０と特定横向き軸線Ｓとが合致されている場合に較べて短くなるため、シャフトｗの加工に要する主軸６のＺ軸方向のストロークが短小化され、シャフトｗ加工が能率化されるのである。
【００３１】
次にシャフトｗ切削中のワーク把持送り機構１３や横向き台１２についての歪みについて図３及び図６を参照して説明する。ここに、図６は比較例を示す図である。
シャフトｗを切削するとき、刃具８はシャフトｗに押し当てられるが、この際の図３に示す刃具８の押し力をＦ１とすると、該押し力Ｆ１はワーク駆動部１３ａやテールストック１３ｂの起立支持台１５、１８の下端面に図３及び図４に示すように曲げ力Ｍ１を付与するものとなる。そして、この際の曲げ力Ｍ１は次の（１）式で表示される。
即ち、
Ｍ１＝Ｆ１×Ｌ１×ｃｏｓθ ・・・・（１）式
【００３２】
ところで、図６に示すように、仮に横向き台１２の上面が水平面で、該水平面から特定横向き軸線Ｓまでの距離がＬ１となされている場合において、前記押し力Ｆ１が起立支持台１５、１８の下端面に付与する曲げ力Ｍ２は次の（２）式で表示される。
即ち、
Ｍ２＝Ｆ１×Ｌ１ ・・・・（２）式
【００３３】
このことから明らかなように、本発明におけるように横向き台１２の上面が傾斜されていると、起立支持台１５、１８の下端面に付与される曲げ力は横向き台１２が図６に示すような水平面である場合に較べて小さくなるのであり、その分、加工中におけるワーク把持回転送り機構部１３の歪みが小さくなるのでる。
【００３４】
また横向き台１２の断面形状は空間を有するものとなされているため、該横向き台１２は同一材料且つ同一重量でその空間の存在しない場合に較べて、その断面中心に対する極断面係数が大きいものとなってその剛性が増大され、前記曲げ力Ｍ１による捩り歪みは小さくなるのである。
【００３５】
最後にシャフトｗ切削中の切削屑について言及すると、シャフトｗの切削中には切削屑が横向き台１２の上面に落下するが、このように落下した切削屑はその上面が１５度以上に傾斜されているため、刃具８に供給される切削液の流動に補助されて確実にベッド１上面に落下するものとなる。
本発明の実施例のように横向き台１２の上面が凡そ３５度程度に傾斜されているときは、その上面に落下した切削屑は切削液の流動の補助が存在しなくても自重のみでベッド１上面に落下し得るものとなる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の如く構成した本発明によれば、次のような効果が得られる。
即ち、請求項１に記載のものによれば、シャフトｗをワーク把持回転送り機構部１３に着脱するときは、ワーク把持回転送り機構部１３が回転支持軸１０に対し作業者の位置する側に偏倚するようになるため、作業者ｃはワーク把持回転送り機構部１３に近づき易くなってシャフトｗのローディングを的確且つ疲労少なく行うことができ、またワーク把持回転送り機構部１３と主軸６との間が大きくなってシャフトｗ着脱のためのスペースが拡大化され、シャフトｗのローディング作業を容易に行うことができると共にローディング中のシャフトｗと主軸６に固定された刃具８との不用意な接触を生じ難くなすことができる。
【００３７】
一方、ワーク把持回転送り機構部１３に把持されたシャフトｗを加工するときは、横向き台１２が回転支持軸１０に対し主軸６側へ偏倚するようになるため、加工開始位置の主軸６からシャフトｗまでの距離が小さくなって、シャフトｗをＺ軸方向の小さなストロークで加工することができ、加工能率を向上させることができる。
【００３８】
請求項２記載のものによれば、横向き台１２の上面に落下した切削屑を自重により切削液と共に流下させることができ、またワーク把持回転送り機構部１３や横向き台１２に作用するシャフト加工中の曲げ力Ｍ１を簡易な構造により減少させることができる。
【００３９】
請求項３及び４に記載したものによれば、請求項１及び２記載の発明の実施を可能となし、また請求項１及び２記載の発明と同様な効果を得ることができる。
【００４０】
請求項５に記載したものによれば、請求項１及び２記載の発明の実施を可能となすものであり、請求項１及び２記載の発明と同様な効果を得ることができ、また横向き台１２の上面に切削屑を案内するための格別な傾斜案内板などを設けないでも、切削液の流動に補助されて或いはそれに補助されることなく、横向き台１２の上面に落下した切削屑を横向き台１２の外方へ落下させることができる。
また、横向き台１２の剛性を少ない材料で向上させることができ、さらに横向き台１２にケーブルやパイプなどの必要部材を保護させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る工作機械の一使用状態を示すもので一部を断面で示した側面図である。
【図２】 前記一使用状態を示す平面図である。
【図３】 図５においてワークのシャフトを取り外した後のｘ１−ｘ１部を示す図である。
【図４】 前記工作機械のシャフト加工状態を示す側面図である。
【図５】 前記工作機械のシャフト加工状態を示す平面図である。
【図６】 前記工作機械のシャフト把持回転送り機構部や横向き台と比較するためのこれらの変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１ ベッド（基礎台）
６ 主軸
１０ 回転支持軸
１２ 横向き台
１３ ワーク把持回転送り機構部
Ｌ０ 距離
１２ａ 底面部
１２ｂ 起立面部
１２ｃ 斜面部
２０ ケーブル
２１ パイプ
Ｓ 特定横向き軸線
ａ 空間
ｗ シャフト
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械におけるシャフト加工方法並びに、同加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基礎台の水平前後方向の一側個所に少なくとも前後方向への移動可能となされた主軸を装設された工作機械は存在している（例えば特許文献１参照）。
該工作機械において、前記主軸と関連した位置に、ワークを特定横向き軸線回りへ送り回転させるためのワーク把持回転送り機構部を設け、該ワーク把持回転送り機構部に把持させたワークを前記特定横向き軸線回りの特定角度位置へ送り回転させることによりその加工を行うことが既に実施されている（例えば特許文献２参照）。
【０００３】
このような加工を実施する場合において、ワーク把持回転送り機構部にワークを着脱するときと、ワーク把持回転送り機構部に把持させたワークを主軸の作動により加工するときとの間で何れか一方から他方へ移行するときに、ワーク把持回転送り機構部を基礎台上で移動させることは行われていない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９６５２号公報
【０００５】
【特許文献２】
特許第３０８３７７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したようにワーク把持回転送り機構部を基礎台上で主軸方向へ移動させないでワークを加工する場合においては、ワーク把持回転送り機構部にワークを着脱するときに、作業者がワーク把持回転送り機構部に十分に近づくことができなかったり、ワークの着脱作業にとってワーク把持回転送り機構部と主軸が近過ぎて十分な作業スペースが確保されないことがあり、これがために、ワークが主軸に固定された刃具に接触してワークや刃具が損傷することが生じるのであり、またワーク把持回転送り機構部に把持されたワークを加工するとき、加工開始位置の主軸に固定された刃具からワークまでの距離が大きいために、主軸をワークに対し大きなストロークで変位させることが必要となって、加工能率上、不利となることがある。このことはワークがシャフト加工を対象とする場合にとりわけ大きな問題となって表れる。本発明は斯かる問題点に対処することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願の第一の発明は請求項１に記載したように、ベッド上の前後向き一側箇所に他側方へ向かって先端に刃具を備えた主軸を回転自在で且つＸ，Ｙ，Ｚの直交三軸方向への送り移動可能に設け、これに対し他側箇所のベッド上には、ベッド内に設けたサーボモータの縦向き回転支持軸で回転される水平回転台と、該水平回転台の上面に固定された平面視方形状の横向き台とからなるシャフト把持回転送り機構部を設け、該シャフト把持回転送り機構部の上記横向き台は断面形状が直角三角形でその底面部と起立面部との間に位置する傾斜面部の両端箇所に対し、シャフトの把持回転送り機構部の起立支持台を取り付けた構成で、且つ該シャフト把持回転送り機構部の特定横向き軸線と、前記縦向き回転支持軸の軸線とが、水平方向で横向き台の傾斜面部の低いほうに必要距離だけ離間されるものとなし、前記縦向き回転支持軸を中心に横向き台を回転させてシャフトを前記シャフト把持回転送り機構部に脱着させるときは、上記傾斜面部が作業者側へ対向し且つ前記特定横向き軸線が前記縦向き回転支持軸の中心に比して作業者側へ前記必要距離分近づくものとなり、これに対し主軸の前後移動でシャフトを加工するときは前記傾斜面部が主軸側へ対向し且つ前記特定横向き軸線が前記縦向き回転支持軸の中心に比して主軸側へ前記必要距離分近付いて加工が行われるように実施するのである。
【０００８】
該発明では、シャフトを前記ワーク把持回転送り機構部に着脱するときは、前記横向き台は前記縦向き回転支持軸に対し前記他側へ偏倚されて、前記主軸から離れるようになり、これにより作業者は前記他側から前記ワーク把持回転送り機構部に近づきやすくなると共に、前記縦向き回転支持軸と前記主軸との間が大きくなってシャフト着脱のためのスペースが拡大化されるのである。
【０００９】
一方、前記ワーク把持回転送り機構部に把持されたシャフトを加工するときは、前記横向き台は、前記縦向き回転支持軸に対し前記一側へ偏倚されて、前記主軸に近づくようになり、これにより加工開始位置の主軸からシャフトまでの距離が小さくなってシャフトは小さなストロークで加工されるようになる。
【００１０】
また本願の第二の発明では、請求項２に記載したように、上記横向き台の傾斜面を水平面に対して１５度以上に傾斜させて実施する。
【００１１】
このようにすれば、加工により生じた切削屑が前記横向き台の上面に落下してもそれは切削液の流動作用により自重により切削液と共に流れ落ちるものとなる。また前記ワーク把持回転送り機構部はシャフトを把持した状態で特定横向き軸線Ｓ回りへ送り回転させるものとなされるが、この際、特定横向き軸線Ｓと前記横向き台の上面とは予定された最大のシャフト加工に必要となる距離Ｌ１だけ離間されるのであり、このような実情の下で、前記横向き台の上面が１５度以上に傾斜されていることは、特定横向き軸線Ｓと前記横向き台の上面との相互間距離Ｌ１の垂直方向成分距離を短くなし、前記ワーク把持回転送り機構部や前記横向き台に作用するシャフト加工中の曲げ力Ｍ１を小さくなすように作用する。
【００１２】
この発明は次のように具体化するのがよいのであって、即ち、請求項３に記載したように、水平なベッド上の前後向き後側箇所には前側方へ向かって先端に刃具を備えた主軸を回転自在で且つＸ，Ｙ，Ｚの直交三軸方向への送り移動可能に配置し、これに対し前側箇所のベッド上には、ベッド内に設けたサーボモータの縦向き回転支持軸で回転される水平回転台と、該水平回転台の上面に固定された平面視方形状の横向き台とからなるシャフト把持回転送り機構部を設けたものとなし，該シャフト把持回転送り機構部の上記横向き台は断面形状が直角三角形でその底面部と起立面部との間に位置する傾斜面部の両端箇所に対し、シャフトの把持回転送り機構部の起立支持台を取付け、且つ該シャフト把持回転送り機構部の特定横向き軸線と、前記縦向き回転支持軸の軸線とが、水平方向で横向き台の傾斜面部上の水平方向で前者が後者より傾斜面部の下降側へ位置するよう離間した配置になし、シャフトをシャフト把持回転機構部へ脱着させるときは、ベッドの前側箇所で行い、これに対しシャフトを加工するときは前記縦向き回転支軸を回転させて横向き台位置を主軸の位置するベッド上の後側へ転向させて行う構成となす。
【００１３】
上記発明は、請求項４に記載したように実施するのがよいのであって、即ち、上記横向き台の傾斜面を水平面に対して１５度以上に傾斜させて実施するのである。
【００１４】
該発明は請求項５に記載したようになすのがよいのであって、上記横向き台が水平な底面部と、該底面部の一端から起立された起立面部と、該起立面部の上端から底面部の他端部とを接続する傾斜面部とで囲まれた空間が形成されるものとなし，該空間内にシャフト把持回転送り機構部用のケーブルやパイプなどの必要部材を配設させている構成となす。これによれば、前記横向き台の剛性がその断面係数の増大化により向上するものとなり，また前記横向き台はケーブルやパイプなどの必要部材を保護するものとなる。これによれば、前記横向き台の剛性がその断面係数の増大化により向上するものとなり、また前記横向き台はケーブルやパイプなどの必要部材を保護するものとなる。
【００１５】
また本願の発明装置は、基礎台の水平前後方向の一側個所に少なくとも前後方向への移動可能となされた主軸を装設された工作機械において、前記基礎台の前記一側個所と対向する他側個所に回転駆動可能となされた縦向き回転支持軸を設けて該縦向き回転支持軸の上部に横向き台を固定し、該横向き台の上面に該上面上の特定横向き軸線回りへシャフトを送り回転させるものとしたワーク把持回転送り機構部を設け、さらに前記縦向き回転支持軸と前記特定横向き軸線とは水平方向上で必要距離だけ離間させたものとなす。
該発明は請求項１記載の発明の実施に使用されるものである。
【００１６】
上記発明は、前記横向き台の上面を１５度以上に傾斜させて実施するのである。このようにすれば、加工により生じた切削屑が前記横向き台の上面に落下してもそれは切削液の流動作用により自重により切削液と共に流れ落ちるものとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る工作機械の一使用状態を示すもので一部を断面で示した側面図、図２は前記一使用状態を示す平面図、図３は図６のｘ１−ｘ１部を示す図である。
これらの図において、１はベッドであり、該ベッド１上に固定形コラム２、ワーク加工用治具装置３、数値制御機構４及び油圧空圧機器５が設けてある。
【００１８】
固定形コラム２はベッド上の一側個所に固定されてあって、前後向き（Ｚ軸方向）の主軸６を回転自在に支承した筒状の主軸ハウジング７が直交三軸をなすＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向への送り移動可能に装設されている。そして、主軸６の前端には刃具８が固定されている。
【００１９】
ワーク加工用治具装置３はベッド１上の他側に装設されてあって、ベッド１内方に設けられたサーボモータ９と、ベッド１上の特定位置に回転自在に支持され前記サーボモータ９で送り回転されるＹ軸方向縦向きの回転支持軸１０と、該回転支持軸１０の上部に固定された水平回転台１１と、該水平回転台１１の上面に水平状に固定された平面視方形状の横向き台１２と、該横向き台１２の上面に設けられたワーク把持回転送り機構部１３とからなっている。
【００２０】
この際、横向き台１２は図３に示すように断面形状を直角三角形状となされて、前記水平回転台１１に固定された水平状の底面部１２ａと、該底面部１２ａの一端から起立された起立面部１２ｂと、これら底面部１２ａと起立面部１２ｂとの間に位置された斜面部１２ｃとを有しており、該斜面部１２ｃの上面を水平面に対して１５度以上に傾斜させたものとなされている。図示例では斜面部１２ｃの上面は凡そ３５度程度に傾斜されている。そして底面部１２ａ、起立面部１２ｂ及び斜面部１２ｃで囲まれた個所は密閉可能な空間ａとなされている。
【００２１】
ワーク把持回転送り機構部１３は横向き台１２の一端側に固定されたワーク送り駆動部１３ａと、横向き台１２の他端側に固定されたテールストック１３ｂとからなっている。ワーク送り駆動部１３ａは、横向き台１２の斜面部１２ｃの上面に固定され側面個所にＮＣ（数値制御）テーブル１４を装設された起立支持台１５と、ＮＣテーブル１５と同心に固定され起立支持台１５上の特定横向き軸線Ｓ回りへ回転駆動されるチャック部１６と、起立支持台１５に支持され特定横向き軸線Ｓ上に位置されると共にチャック部１６の把持したシャフトｗの一端面の回転中心を支持するものとなされた駆動側センタ１７とを有するものとなされている。
【００２２】
この際、特定横向き軸線Ｓは回転支持軸１０からＺ軸方向へ必要距離Ｌ０だけ離間されたものとなされており、該必要距離Ｌ０はワーク把持回転送り機構部１３に対するシャフトｗの着脱を容易となし且つワーク把持回転送り機構部１３に把持されたシャフトｗの加工を能率的となすことのできる距離を言うもので、後述の説明から明らかとなる。そしてワーク駆動部１３ａとテールストック１３ｂとの間の特定横向き軸線Ｓ部分は横向き台１２の上面から距離Ｌ１（図３参照）だけ離間されているのであり、該距離Ｌ１は、予定された最大のシャフトｗが横向き台１２の上面上で特定横向き軸線Ｓ回りへ回転される上で必要となる特定の大きさとなされている。
【００２３】
チャック部１６はチャック本体部の半径方向へ移動可能となされシャフトｗを特定横向き軸線Ｓ上に把持するものとした複数の爪１６ａを有すると共にシャフトｗのＸ軸方向位置を位置決めするための半径面ｂを具備した２つの軸方向位置決め部材１６ｂをチャック本体部に固定されたものとなされている。
【００２４】
テールストック１３ｂは、横向き台１２の斜面部１２ｃの上面に固定された起立支持台１８と、これに装設されたＸ軸方向駆動装置１８ａと、該起立支持台１８に摺動変位自在に支持されＸ軸方向駆動装置１８ａにより押し移動されてシャフトｗの他端面の回転中心を支持するものとした押しセンタ１９とを有している。
【００２５】
さらに横向き台１２の空間ａ内には図３に示すようにワーク駆動部１３ａ及び前記テールストック１３ｂなどの作動に必要な部材であるケーブル２０やパイプ２１やチューブなどが配設されており、これらの部材２０、２１はベッド１上のワーク加工空間に露出しないように横向き台１２の下面から水平回転台１１の内方を経てベッド１の内方へ導かれ必要個所に接続されている。
【００２６】
上記のように構成した工作機械により、シャフトｗであるクランクシャフトを加工する場合の使用例を、図４〜図６をも参照して説明する。ここに、図４は工作機械のシャフト加工状態を示す側面図、図５は工作機械のシャフト加工状態を示す平面図、図６はワーク把持回転送り機構部１３及び横向き台１２についての比較例を示す図である。
【００２７】
加工すべきシャフトｗをワーク把持回転送り機構部１３にローディングする際は、横向き台１２を図１及び図２に示すように位置させる。これにより、特定横向き軸線Ｓは回転支持軸１０に対してＺ軸方向の前側へ偏倚した状態となる。該状態の下で、作業者ｃはベッド１の前側ｆ１からワーク把持回転送り機構部１３に近寄り、手作業或いはロボットにより、駆動側センタ１７と押しセンタ１９の間にシャフトｗを位置させ、次にＸ軸方向駆動装置１８ａの作動により押しセンタ１９を駆動側センタ１７の側へ変位させ、シャフトｗの各端面に形成されたセンタ孔のそれぞれに押しセンタ１９と駆動側センタ１７とを嵌合させてこれらセンタ１７、１９でシャフトｗを挟み付けると同時に軸方向位置決め部材１６ｂの半径面ｂに押し当てた状態とする。これにより駆動側センタ１７と押しセンタ１９はシャフトｗを特定横向き軸線Ｓ上の特定位置に支持するものとなる。この後、チャック部１６の爪１６ａを変位させて該爪１６ａでシャフトｗの一方の端部の軸部外周面を把持させるのであり、これによりシャフトｗのローディングは終了する。
【００２８】
このようなローディング作業においては、ワーク把持回転送り機構部１３が、回転支持軸１０と特定横向き軸線Ｓとが合致している場合に較べて作業者ｃの手元に近い位置に移動した状態となるのであり、従って作業者ｃがワーク把持回転送り機構部１３にシャフトｗを固定させる作業が的確且つ疲労少なく行われるようになるのであり、またワーク把持回転送り機構部１３が、回転支持軸１０と特定横向き軸線Ｓとが合致している場合に較べて主軸６に固定された刃具８から離れた状態となり、これによりシャフトｗのローディングのための刃具８からのスペースが広く確保されるため、シャフトｗが不用意に刃具８などと接触する事態は生じ難くなるのである。
【００２９】
次に刃具８がワーク把持回転送り機構部１３と干渉しない高さとなるように主軸６を上昇後退変位させ、この状態の下でサーボモータ９を作動させて横向き台１２を回転支持軸１０回りへ１３６度〜２２５度送り回転させ、特定横向き軸線Ｓを図４及び図５に示すようにＸ軸方向に合致させる。これにより、特定横向き軸線Ｓは回転支持軸１０に対してＺ軸方向の後側ｆ２へ偏倚した状態となる。次に数値制御機構部４を作動させてシャフトｗの特定横向き軸線Ｓ回りの位相を確定させ、この後に、数値制御機構部４の作動により、主軸６を回転作動させると共に、シャフトｗの特定横向き軸線Ｓ回りの位置及び主軸６の位置を制御させてシャフトｗを加工させる。
【００３０】
このようなシャフトｗの加工においては、加工開始位置の刃具８からシャフトｗまでの距離Ｌ３が、回転支持軸１０と特定横向き軸線Ｓとが合致されている場合に較べて短くなるため、シャフトｗの加工に要する主軸６のＺ軸方向のストロークが短小化され、シャフトｗ加工が能率化されるのである。
【００３１】
次にシャフトｗ切削中のワーク把持送り機構１３や横向き台１２についての歪みについて図３及び図６を参照して説明する。ここに、図６は比較例を示す図である。
シャフトｗを切削するとき、刃具８はシャフトｗに押し当てられるが、この際の図３に示す刃具８の押し力をＦ１とすると、該押し力Ｆ１はワーク駆動部１３ａやテールストック１３ｂの起立支持台１５、１８の下端面に図３及び図４に示すように曲げ力Ｍ１を付与するものとなる。そして、この際の曲げ力Ｍ１は次の（１）式で表示される。
即ち、
Ｍ１＝Ｆ１×Ｌ１×ｃｏｓθ ・・・・（１）式
【００３２】
ところで、図６に示すように、仮に横向き台１２の上面が水平面で、該水平面から特定横向き軸線Ｓまでの距離がＬ１となされている場合において、前記押し力Ｆ１が起立支持台１５、１８の下端面に付与する曲げ力Ｍ２は次の（２）式で表示される。
即ち、
Ｍ２＝Ｆ１×Ｌ１ ・・・・（２）式
【００３３】
このことから明らかなように、本発明におけるように横向き台１２の上面が傾斜されていると、起立支持台１５、１８の下端面に付与される曲げ力は横向き台１２が図６に示すような水平面である場合に較べて小さくなるのであり、その分、加工中におけるワーク把持回転送り機構部１３の歪みが小さくなるのでる。
【００３４】
また横向き台１２の断面形状は空間を有するものとなされているため、該横向き台１２は同一材料且つ同一重量でその空間の存在しない場合に較べて、その断面中心に対する極断面係数が大きいものとなってその剛性が増大され、前記曲げ力Ｍ１による捩り歪みは小さくなるのである。
【００３５】
最後にシャフトｗ切削中の切削屑について言及すると、シャフトｗの切削中には切削屑が横向き台１２の上面に落下するが、このように落下した切削屑はその上面が１５度以上に傾斜されているため、刃具８に供給される切削液の流動に補助されて確実にベッド１上面に落下するものとなる。
本発明の実施例のように横向き台１２の上面が凡そ３５度程度に傾斜されているときは、その上面に落下した切削屑は切削液の流動の補助が存在しなくても自重のみでベッド１上面に落下し得るものとなる。
【００３６】
【発明の効果】
以上の如く構成した本発明によれば、次のような効果が得られる。
即ち、請求項１に記載のものによれば、シャフトｗをワーク把持回転送り機構部１３に着脱するときは、ワーク把持回転送り機構部１３が回転支持軸１０に対し作業者の位置する側に偏倚するようになるため、作業者ｃはワーク把持回転送り機構部１３に近づき易くなってシャフトｗのローディングを的確且つ疲労少なく行うことができ、またワーク把持回転送り機構部１３と主軸６との間が大きくなってシャフトｗ着脱のためのスペースが拡大化され、シャフトｗのローディング作業を容易に行うことができると共にローディング中のシャフトｗと主軸６に固定された刃具８との不用意な接触を生じ難くなすことができる。
【００３７】
一方、ワーク把持回転送り機構部１３に把持されたシャフトｗを加工するときは、横向き台１２が回転支持軸１０に対し主軸６側へ偏倚するようになるため、加工開始位置の主軸６からシャフトｗまでの距離が小さくなって、シャフトｗをＺ軸方向の小さなストロークで加工することができ、加工能率を向上させることができる。
【００３８】
請求項２記載のものによれば、横向き台１２の上面に落下した切削屑を自重により切削液と共に流下させることができ、またワーク把持回転送り機構部１３や横向き台１２に作用するシャフト加工中の曲げ力Ｍ１を簡易な構造により減少させることができる。
【００３９】
請求項３及び４に記載したものによれば、請求項１及び２記載の発明の実施を可能となし、また請求項１及び２記載の発明と同様な効果を得ることができる。
【００４０】
請求項５に記載したものによれば、請求項１及び２記載の発明の実施を可能となすものであり、請求項１及び２記載の発明と同様な効果を得ることができ、また横向き台１２の上面に切削屑を案内するための格別な傾斜案内板などを設けないでも、切削液の流動に補助されて或いはそれに補助されることなく、横向き台１２の上面に落下した切削屑を横向き台１２の外方へ落下させることができる。
また、横向き台１２の剛性を少ない材料で向上させることができ、さらに横向き台１２にケーブルやパイプなどの必要部材を保護させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る工作機械の一使用状態を示すもので一部を断面で示した側面図である。
【図２】 前記一使用状態を示す平面図である。
【図３】 図５においてワークのシャフトを取り外した後のｘ１−ｘ１部を示す図である。
【図４】 前記工作機械のシャフト加工状態を示す側面図である。
【図５】 前記工作機械のシャフト加工状態を示す平面図である。
【図６】 前記工作機械のシャフト把持回転送り機構部や横向き台と比較するためのこれらの変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
１ ベッド（基礎台）
６ 主軸
１０ 回転支持軸
１２ 横向き台
１３ ワーク把持回転送り機構部
Ｌ０ 距離
１２ａ 底面部
１２ｂ 起立面部
１２ｃ 斜面部
２０ ケーブル
２１ パイプ
Ｓ 特定横向き軸線
ａ 空間
ｗ シャフト
Claims (5)
- ベッド上の前後向き一側箇所に他側方へ向かって先端に刃具を備えた主軸を回転自在で且つＸ，Ｙ，Ｚの直交三軸方向への送り移動可能に設け、これに対し他側箇所のベッド上には、ベッド内に設けたサーボモータの縦向き回転支持軸で回転される水平回転台と、該水平回転台の上面に固定された平面視方形状の横向き台とからなるシャフト把持回転送り機構部を設け、該シャフト把持回転送り機構部の上記横向き台は断面形状が直角三角形でその底面部と起立面部との間に位置する傾斜面部の両端箇所に対し、シャフトの把持回転送り機構部の起立支持台を取り付けた構成で、且つ該シャフト把持回転送り機構部の特定横向き軸線と、前記縦向き回転支持軸の軸線とが、水平方向で横向き台の傾斜面部の低いほうに必要距離だけ離間されるものとなし、前記縦向き回転支持軸を中心に横向き台を回転させてシャフトを前記シャフト把持回転送り機構部に脱着させるときは、上記傾斜面部が作業者側へ対向し且つ前記特定横向き軸線が前記縦向き回転支持軸の中心に比して作業者側へ前記必要距離分近づくものとなり、これに対し主軸の前後移動でシャフトを加工するときは前記傾斜面部が主軸側へ対向し且つ前記特定横向き軸線が前記縦向き回転支持軸の中心に比して主軸側へ前記必要距離分近付いて加工が行われるものとなされることを特徴とした工作機械におけるシャフト加工方法。
- 上記横向き台の傾斜面を水平面に対して１５度以上に傾斜させてあることを特徴とした請求項１記載の工作機械におけるシャフト加工方法。
- 水平なベッド上の前後向き後側箇所には前側方へ向かって先端に刃具を備えた主軸を回転自在で且つＸ，Ｙ，Ｚの直交三軸方向への送り移動可能に配置し、これに対し前側箇所のベッド上には、ベッド内に設けたサーボモータの縦向き回転支持軸で回転される水平回転台と、該水平回転台の上面に固定された平面視方形状の横向き台とからなるシャフト把持回転送り機構部を設けたものとなし，該シャフト把持回転送り機構部の上記横向き台は断面形状が直角三角形でその底面部と起立面部との間に位置する傾斜面部の両端箇所に対し、シャフトの把持回転送り機構部の起立支持台を取付け、且つ該シャフト把持回転送り機構部の特定横向き軸線と、前記縦向き回転支持軸の軸線とが、水平方向で横向き台の傾斜面部上の水平方向で前者が後者より傾斜面部の下降側へ位置するよう離間した配置になし、シャフトをシャフト把持回転送り機構部へ脱着させるときは、ベッド上の前側箇所で行い、これに対しシャフトを加工するときは前記縦向き回転支軸を回転させて横向き台位置を主軸の位置するベッド上の後側へ転向させて行う構成になしたことを特徴とする工作機械におけるシャフト加工装置。
- 上記横向き台の傾斜面を水平面に対して１５度以上に傾斜させたことを特徴とした請求項３記載の工作機械におけるシャフト加工装置。
- 上記横向き台が水平な底面部と、該底面部の一端から起立された起立面部と、該起立面部の上端から底面部の他端部とを接続する傾斜面部とで囲まれた空間が形成されるものとなし、該空間内にシャフト把持回転送り機構部用のケーブルやパイプなどの必要部材を配設させたとを特徴とした請求項４記載の工作機械におけるシャフト加工装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002366863A JP3852050B2 (ja) | 2002-12-18 | 2002-12-18 | 工作機械におけるシャフト加工方法並びに同加工装置 |
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