JP3907301B2 - タレット刃物台装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、旋盤等の工作機械に設置される回転刃物台装置に関し、特に、刃物台の旋回割出し動作により選択された工具を割出し位置に固定的に保持するために、旋回割出し後に刃物台の回転を阻止する係止手段を備えたタレット刃物台装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
旋盤等の工作機械において、加工作業の自動化及び高速化を促進するために、予め多数の工具を担持するとともに、所望の工具を旋回割出し動作により選択して、工作機械の加工作業位置に位置決めする回転式刃物台構造、すなわちタレット刃物台装置を備えたものは周知である。例えば、ＮＣ旋盤等の自動旋削機械で使用されるタレット刃物台装置は、一般に、回転主軸に対向して機台上に設置される工具送り台と、工具送り台上で所与の座標軸に沿って移動可能に設置される支持台と、支持台に回転可能に支持され、多数の工具を回転軸線の周囲に所定間隔で担持するタレットとから構成される。
【０００３】
この種のタレット刃物台装置では、タレットを旋回割出し動作させた後、選択した工具によりワークに加工を施す間は、支持台上でタレットを強固に固定する必要がある。その目的で、一般にタレット刃物台装置は、支持台上の複数の割出し位置の各々でタレットを係止する係止手段を備える。従来、この係止手段は、タレットと支持台との各々に設けられた互いに係合可能な一対の係合部材と、それら係合部材を係合位置と離脱位置との間で相対移動させる係脱駆動機構とから構成される。係合部材としては、噛合いクラッチ状の構造を有する相互係脱自在なカップリングが一般に使用されている。この場合、係脱駆動機構は、タレット側の係合部材を支持台側の係合部材に対し軸方向へ移動させるように構成される。
【０００４】
工具の選択手順としては、まず、１つの工具によるワーク加工が終了した段階で、タレットと共に支持台を工具送り台上で移動して、工具を加工作業位置から工具交換位置へ送る。次に、係脱駆動機構の駆動によりタレット側係合部材を移動して支持台側係合部材から脱離し、その状態で、別の回転駆動源によりタレットを回転して旋回割出しを行い、所望の工具を選択する。次いで、係脱駆動機構の駆動によりタレット側係合部材を支持台側係合部材に係合させて、選択した工具を割出し位置に固定的に保持する。その状態で、タレットと共に支持台を工具送り台上で移動して、選択した工具を工具交換位置から加工作業位置へ送る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＮＣ旋盤等の自動旋削機械は、主軸の回転駆動源、工具送り用の各軸駆動源、チャックの開閉駆動源等、制御対象の異なる複数の駆動源を備える。これら駆動源には、特に高速かつ高精度の応答を要求される部位（主軸、工具送り等）ではサーボモータが一般に使用されている。さらに近年、チャックの開閉駆動源や、前述したタレット刃物台装置のタレット回転駆動源のように従来、油圧又は空圧アクチュエータを用いていた部位にも、環境衛生や作動信頼性の点で有利なサーボモータが使用される傾向にある。
【０００６】
しかしながら、前述したタレット刃物台装置の係脱駆動機構では、要求される動作が一方の係合部材を軸方向へ僅かに移動させるだけの単純な動作であることにも起因して、電動化が遅れ、多くは未だに油圧又は空圧アクチュエータが使用されている。油空圧アクチュエータは、騒音や大気汚染による作業環境の悪化、設備コストの上昇、機械の大型化、応答精度の低さ等の問題を一般に有するものである。特に、係脱駆動源として油圧シリンダを用いた場合は、作動油の温度変化により動作速度が容易に変化してしまうので、係合部材の係脱に要する時間が変動し、一連のタレット割出し動作の安定的制御が困難となるだけでなく、油圧シリンダ自体が相当の熱源となることから、その周辺の機械構成要素の動作に影響を及ぼす危惧がある。したがって、タレット刃物台装置の係脱駆動機構をも電動化することが所望されている。
【０００７】
他方、駆動源を電動化したタレット刃物台装置は、タレット回転駆動源としてのサーボモータを支持台に設置し、またバイト等の固定工具だけでなくドリル等の回転工具も担持できる構成の場合には回転工具用のサーボモータも支持台に設置することになる。そして、係脱駆動機構の電動化の要求に答えるべく、係脱駆動源としてのサーボモータをさらに支持台に設置するような場合は、旋削機械上での所与の座標軸に沿った移動要素の１つである支持台部分の重量を不要に増加させ、応答精度の低下を生じるだけでなく、機械全体の寸法拡大、製造及び運転コストの上昇といった課題を生じる。
【０００８】
したがって本発明の目的は、支持台上の割出し位置にタレットを固定的に保持しかつ固定を解除するための係脱駆動機構を、新たな電動機を追加することなく電動化でき、以て、騒音や大気汚染の軽減、応答精度の向上、製造及び運転コストの抑制等の効果を奏するとともに、搭載された工作機械の一層の小型化及び高性能化を促進できるタレット刃物台装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、工作機械上で所与の座標軸に沿って移動可能に設置される支持台と、支持台に回転可能に支持され、複数の工具を回転軸線の周囲に所定間隔で担持する頭部及び頭部から軸線方向へ同心に延長される軸部を有するタレットと、支持台上の旋回割出し位置でタレットを支持台に対し固定的に保持する係止手段と、支持台に設置され、タレットに担持した回転工具を駆動する第１の電動機とを具備したタレット刃物台装置において、係止手段は、支持台に設置された固定側係合要素と、タレットに設置された可動側係合要素と、可動側係合要素を、固定側係合要素に係合してタレットの回転を阻止する係合位置と、固定側係合要素から離脱してタレットの回転を可能にする離脱位置との間で移動させる駆動機構とを備え、駆動機構が、タレットの軸部の外周上に設置されたねじ送り機構と、ねじ送り機構の回転側要素を回転させてタレットを支持台に対し軸方向へ移動させる第２の電動機とを含み、第２の電動機の駆動によるタレットの軸方向移動に連動して、第１の電動機をタレットに作用的に連結又は脱離するクラッチ手段であって、可動側係合要素が離脱位置にあるときに、第１の電動機をタレットに作用的に連結して、第１の電動機がタレットを回転して旋回割出しを行うようにするクラッチ手段を具備し、クラッチ手段は、支持台に軸方向へ固定して回転可能に支持されるクラッチ歯車を備え、クラッチ歯車が、第１の電動機に接続されるとともに、タレットの軸方向移動に伴いタレットの軸部の後端領域に選択的に係合及び離脱し、回転工具がタレットの頭部の外周面に装着され、第１の電動機が、タレットの軸部を軸方向へ貫通する駆動軸と、駆動軸に同心固定されてタレットの頭部に収容される駆動歯車とを介して、回転工具を駆動することを特徴とするタレット刃物台装置を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明をその実施形態に基づき詳細に説明する。各図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付す。
図１を参照すると、本発明の一実施形態によるタレット刃物台装置１０が、ＮＣ旋盤等の自動旋削機械に搭載された状態で示されている。タレット刃物台装置１０は、自動旋削機械の回転主軸１２に対向して配置される。回転主軸１２は、ハウジング状の主軸台１４に搭載、収容され、旋削加工すべき棒材Ｗを掴持して、図示しない駆動源により回転駆動される。タレット刃物台装置１０は、棒材Ｗの加工に必要な多数の工具を予め所定位置に担持するとともに、棒材Ｗの加工箇所に応じて所望の工具を旋回割出し動作により選択し、自動旋削機械の回転主軸１２先端の加工作業位置に位置決めする。
【００１３】
タレット刃物台装置１０は、回転主軸１２に対向して自動旋削機械の機台１６上に設置される工具送り台１８と、工具送り台１８上で所与の座標軸に沿って移動可能に設置される支持台２０と、支持台２０に回転可能に支持され、多数の工具２２を回転軸線の周囲に所定間隔で担持するタレット２４とから構成される。図示実施形態では、工具送り台１８が、回転主軸１２の中心軸線に略平行なＺ軸方向へ、図示しないＺ軸送りモータの駆動により移動し、支持台２０が、回転主軸１２の中心軸線に略直交するＸ軸方向へ、図示しないＸ軸送りモータの駆動により移動する構成を有し、タレット２４上で選択された各種工具２２が両軸送り動作の下で棒材Ｗを所望形状に旋削するようになっている。
【００１４】
図２及び図３は、支持台２０に支持されるタレット２４の構造を詳細に示す。タレット２４は、円柱又は角柱状の外形を有する中空の頭部２６と、頭部２６の軸方向一端面から軸方向へ同心に延設される中空円筒状の軸部２８とを備える。タレット２４の頭部２６は、支持台２０の前端面（図で右端）から外方へ突出して配置され、その径方向外周面には、工具２２を装着する複数の工具装着部３０が所定の割出し角度毎に設けられる。それら工具装着部３０は、図示のようにバイト等の固定工具２２ａをホルダ３２を介して脱着可能に装着するための固定工具装着部３０ａと、ドリル等の回転工具２２ｂをホルダ３４を介して脱着可能に装着するための回転工具装着部３０ｂとを備える。さらに回転工具装着部３０ｂは、１つの割出し角度位置において、互いに軸方向へ離間した２か所に形成されている。
【００１５】
回転工具２２ｂは、頭部２６及び軸部２８の内部に設置される駆動軸３６及び駆動歯車３８を介して、一般に支持台２０の後端（図で左端）に設置されるサーボモータ４０によって駆動される。駆動軸３６は、タレット２４の軸部２８を同心に貫通して、複数の軸受により軸部２８及び支持台２０に回転可能に支持される。駆動軸３６はその後端３６ａで、歯車４２を介してサーボモータ４０の出力軸に連結される。２つの駆動歯車３８は、タレット２４の頭部２６に設けた回転工具装着部３０ｂの位置に対応して、駆動軸３６の前端３６ｂ近傍にそれぞれ同心に固定される。各駆動歯車３８は、外周にかさ状の歯を有し、回転工具装着部３０ｂに装着された回転工具２２ｂの後端に設けたかさ歯車４４に、それぞれ作用的に噛合する。
【００１６】
サーボモータ４０の駆動により駆動軸３６が回転すると、２つの駆動歯車３８は同時に回転し、所望の回転工具装着部３０ｂに装着した回転工具２２ｂを駆動することができる。タレット２４は、このような構成を有するので、頭部２６の所望の割出し角度位置及び軸方向位置に回転工具装着部３０ｂを容易に増設することができる。
【００１７】
タレット２４の軸部２８は、支持台２０のタレット受容空洞部４６に回転可能及び軸方向移動可能に受容される。軸部２８の前端（図で右端）領域は、支持台２０のタレット受容空洞部４６を画成する円筒内壁面４６ａに、径方向へのがたつきを生じないように摺動可能に支持される。軸部２８の中央領域には、外周面に雄ねじが切られており、この雄ねじに螺合するように、雌ねじを有した後述するボールナット部材４８が軸部２８に装着されている。
【００１８】
軸部２８の後端（図で左端）領域は、後述するクラッチ歯車５０の中心穴５２に受容され、クラッチ歯車５０に選択的に係合するようになっている。クラッチ歯車５０は、歯車列５４を介して、回転工具駆動源であるサーボモータ４０に接続される。サーボモータ４０は、タレット２４の軸部２８にクラッチ歯車５０が係合している間は、クラッチ歯車５０及び歯車列５４を介してタレット２４に回転力を付与する。したがってタレット刃物台装置１０では、サーボモータ４０の駆動により、タレット２４が旋回割出し動作を遂行し、所望の工具装着部３０に装着された所望の工具２２を選択する。
【００１９】
タレット刃物台装置１０は、旋回割出し後のタレット２４の不要な回転を阻止する係止手段として、支持台２０に固定された環状固定カップリング要素５６及びタレット２４に固定された環状可動カップリング要素５８からなる相互係合機構と、環状可動カップリング要素５８を環状固定カップリング要素５６に対し係合位置と離脱位置との間で移動させる駆動機構（後述する）とを備える。環状固定カップリング要素５６は、噛合いクラッチ状の構造を有し、支持台２０のタレット受容空洞部４６の軸方向前方開口端の近傍に固定される。環状可動カップリング要素５８は、同様に噛合いクラッチ状の構造を有し、タレット２４の頭部２６と軸部２８との接続部位近傍に固定される。
【００２０】
環状固定カップリング要素５６の前端面（図で右端面）には、多数の歯６０が所定ピッチで放射状に設けられ、環状可動カップリング要素５８の後端面（図で左端面）には、歯６０に噛合可能な多数の歯６２が所定ピッチで放射状に設けられる。環状固定カップリング要素５６と環状可動カップリング要素５８とは、それらの歯６０、６２を互いに係合及び離脱可能に軸方向へ対面させて配置される。そして、タレット２４が回転していない状態で、環状可動カップリング要素５８がタレット２４と共に軸方向へ移動することにより、環状固定カップリング要素５６との係合及び離脱が行われるようになっている。
【００２１】
図２に示す状態では、環状固定カップリング要素５６の歯６０と環状可動カップリング要素５８の歯６２とが互いに係合しており、環状固定カップリング要素５６に対する環状可動カップリング要素５８の回転が阻止され、したがって支持台２０に対するタレット２４の回転動作が防止されている。つまりこの状態で、環状可動カップリング要素５８は、タレット２４と共にその軸方向移動範囲内で最も後端（図で左端）の係合位置に置かれている。
【００２２】
タレット２４及び環状可動カップリング要素５８が上記した係合位置にある間に、タレット２４の頭部２６に装着した工具２２により、回転主軸１２に掴持した棒材Ｗの加工が実施される。この間、タレット２４は上記した相互係合機構によって、加工時に工具２２に加わる応力に抗し、かつ加工精度を維持するに十分な強度で、支持台２０に強固に固定的に保持されている。
【００２３】
図示の係合位置から、タレット２４及び環状可動カップリング要素５８を前方（図で右方）へ移動して離脱位置に置くと、環状可動カップリング要素５８の歯６２が環状固定カップリング要素５６の歯６０から離脱する。その結果、環状固定カップリング要素５６に対し環状可動カップリング要素５８が自由に回転でき、したがって支持台２０に対するタレット２４の固定が解除されて、タレット２４が旋回割出し可能な状態に置かれる。
【００２４】
タレット２４の旋回割出し用の回転駆動源は、前述したように回転工具用駆動源であるサーボモータ４０を流用する構成となっている。したがって、回転工具２２ｂの駆動時には、タレット２４とサーボモータ４０との作用的連結を遮断する必要がある。本実施形態では、前述したクラッチ歯車５０の作用により、このような駆動対象の切替えを行っている。
【００２５】
クラッチ歯車５０は、後端（図で左端）に歯車部分を一体に有した中空円筒状部材であり、その中心穴５２の内面後端領域に、軸方向へ延びる複数の内歯６４が突設される。クラッチ歯車５０は、軸受６６を介して支持台２０に回転可能かつ軸方向移動不能に支持される。他方、タレット２４の軸部２８には、その後端（図で左端）の外周面に、軸方向へ延びる複数の外歯６８が、クラッチ歯車５０の内歯６４と略同一ピッチで突設される。タレット２４の軸部２８は、クラッチ歯車５０に同心に配置され、中心穴５２内でがたつきを生じることなく回転及び軸方向移動できるようになっている。
【００２６】
タレット２４が回転していない状態で、タレット２４が軸方向へ移動すると、クラッチ歯車５０の内歯６４と軸部２８の外歯６８とが互いに軸方向へ摺動して係合及び離脱を行う。図示実施形態では、環状可動カップリング要素５８がタレット２４と共に前述した最後端（図で左端）の係合位置に置かれている間に、クラッチ歯車５０の内歯６４と軸部２８の外歯６８とが相互に離脱する（図２及び図３参照）。そして、タレット２４及び環状可動カップリング要素５８が前方（図で右方）へ移動して離脱位置に置かれると、クラッチ歯車５０の内歯６４と軸部２８の外歯６８とが相互に係合し、クラッチ歯車５０がタレット２４に作用的に連結される。
【００２７】
このようにして、タレット刃物台装置１０では、タレット２４が支持台２０に対し固定的に保持されている間は、サーボモータ４０は本来の機能である回転工具２２ｂの駆動にのみ使用され、タレット２４の固定が解除された後には、サーボモータ４０がタレット２４を回転して旋回割出しを実施できるように構成される。なおこのとき、環状可動カップリング要素５８が環状固定カップリング要素５６から離脱したときと略同時に、タレット２４の軸部２８がクラッチ歯車５０に係合するように、内歯６４と外歯６８との寸法及び位置関係を設定しておけば、加工作業から工具交換作業に移る間のタレット２４の不要な自由回転が防止され、作業者が工具２２により傷害を被ったり、工具２２や周辺機器を破損したりする危惧が回避されるので、有利である。
【００２８】
また、クラッチ歯車５０にサーボモータ４０の駆動力を伝達するための歯車列５４は、回転工具２２ｂに駆動力を伝達するための歯車４２と共に駆動軸３６にキー留めされる歯車７０を含む。したがって、サーボモータ４０の駆動力は、駆動軸３６を介して回転工具２２ｂとクラッチ歯車５０との双方に同時に伝達されることになる。なお言うまでもなく、回転工具２２ｂを駆動する加工作業時と、タレット２４を回転する旋回割出し時とで、サーボモータ４０の回転数及び回転方向は適宜変更される。
【００２９】
図示実施形態では、環状可動カップリング要素５８を係合位置と離脱位置との間で移動させる駆動機構は、前述したボールナット部材４８から構成される。図３に示すように、ボールナット部材４８は、後端（図で左端）に歯車部分を一体に有した中空円筒状部材であり、その中心穴７２の内面略全体に、軸部２８の中央外周面に設けた雄ねじ７４に螺合する雌ねじ７６が設けられている。ボールナット部材４８は、軸受７８を介して支持台２０に回転可能かつ軸方向移動不能に支持される。
【００３０】
ボールナット部材４８は、その歯車部分に噛合する歯車８０を介して、支持台２０の後端（図で左端）に設置されたサーボモータ８２の出力軸に連結される。したがってボールナット部材４８は、サーボモータ８２の駆動により、タレット受容空洞部４６内で回転する。ここで、ボールナット部材４８は軸方向へ移動できないので、タレット２４が、雄ねじ７４と雌ねじ７６との螺合の下で、タレット受容空洞部４６内で軸方向へ移動する。このようにして、環状可動カップリング要素５８の軸方向移動、すなわち前述した係合位置と離脱位置との間での移動が実現される。
【００３１】
なお、このような構成によると、前述した旋回割出し時に、タレット２４とボールナット部材４８との間に相対回転が生じて、タレット２４がボールナット部材４８に対し軸方向へ移動してしまい、旋回割出しの回転方向によっては環状固定カップリング要素５６と環状可動カップリング要素５８とが係合してしまう場合がある。そこで、サーボモータ４０による旋回割出し時に同時にサーボモータ８２を作動して、ボールナット部材４８をタレット２４との間に相対回転が生じないように回転することにより、タレット２４の不要な軸方向移動を防止することが肝要である。
【００３２】
このように、タレット刃物台装置１０では、支持台２０上の割出し位置にタレット２４を固定的に保持しかつ固定を解除するための係脱駆動機構を、タレット２４を軸方向へ移動させて相互係合機構を係脱させるためのサーボモータ８２によって構成すると共に、タレット２４の軸方向移動に連動して、回転工具駆動用のサーボモータ４０をタレット２４の旋回割出し用駆動源に流用できるようにするクラッチ歯車５０を採用した。したがって、従来、回転工具駆動用とタレット２４の旋回割出し用とにサーボモータが２個使用されていたところを、新たなサーボモータを追加することなく、係脱駆動機構として１個のサーボモータを使用できる。したがってタレット刃物台装置１０は、騒音や大気汚染の軽減、応答精度の向上、製造及び運転コストの抑制等の効果を奏するとともに、搭載された工作機械の一層の小型化及び高性能化を促進できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のタレット刃物台装置によれば、支持台上の割出し位置にタレットを固定的に保持しかつ固定を解除するための係脱駆動機構を、新たな電動機を追加することなく電動化できる。したがって本発明によれば、騒音や大気汚染の軽減、応答精度の向上、製造及び運転コストの抑制等の効果を奏するとともに、搭載された工作機械の一層の小型化及び高性能化を促進できるタレット刃物台装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるタレット刃物台装置を搭載した自動旋削機械の概略斜視図である。
【図２】図１のタレット刃物台装置の断面正面図である。
【図３】図２のタレット刃物台装置の拡大部分断面正面図である。
【符号の説明】
１８…工具送り台
２０…支持台
２２ｂ…回転工具
２４…タレット
２８…軸部
３６…駆動軸
３８…駆動歯車
４０、８２…サーボモータ
４８…ボールナット部材
５０…クラッチ歯車
５６…環状固定カップリング要素
５８…環状可動カップリング要素
６０、６２…歯
６４…内歯
６８…外歯
７４…雄ねじ
７６…雌ねじ

Claims (1)

1. 工作機械上で所与の座標軸に沿って移動可能に設置される支持台と、該支持台に回転可能に支持され、複数の工具を回転軸線の周囲に所定間隔で担持する頭部及び該頭部から軸線方向へ同心に延長される軸部を有するタレットと、該支持台上の旋回割出し位置で該タレットを該支持台に対し固定的に保持する係止手段と、該支持台に設置され、該タレットに担持した回転工具を駆動する第１の電動機とを具備したタレット刃物台装置において、
   前記係止手段は、前記支持台に設置された固定側係合要素と、前記タレットに設置された可動側係合要素と、該可動側係合要素を、該固定側係合要素に係合して該タレットの回転を阻止する係合位置と、該固定側係合要素から離脱して該タレットの回転を可能にする離脱位置との間で移動させる駆動機構とを備え、
   前記駆動機構が、前記タレットの前記軸部の外周上に設置されたねじ送り機構と、該ねじ送り機構の回転側要素を回転させて該タレットを前記支持台に対し軸方向へ移動させる第２の電動機とを含み、
   前記第２の電動機の駆動による前記タレットの軸方向移動に連動して、前記第１の電動機を該タレットに作用的に連結又は脱離するクラッチ手段であって、前記可動側係合要素が前記離脱位置にあるときに、該第１の電動機を該タレットに作用的に連結して、該第１の電動機が該タレットを回転して旋回割出しを行うようにするクラッチ手段を具備し、
   前記クラッチ手段は、前記支持台に軸方向へ固定して回転可能に支持されるクラッチ歯車を備え、該クラッチ歯車が、前記第１の電動機に接続されるとともに、前記タレットの軸方向移動に伴い該タレットの前記軸部の後端領域に選択的に係合及び離脱し、
   前記回転工具が前記タレットの前記頭部の外周面に装着され、前記第１の電動機が、該タレットの前記軸部を軸方向へ貫通する駆動軸と、該駆動軸に同心固定されて該タレットの該頭部に収容される駆動歯車とを介して、該回転工具を駆動すること、
   を特徴とするタレット刃物台装置。

Images