JP4585096B2 - Machine tool swivel indexing device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械の工具ユニットやワーク保持ユニットなどを旋回自在に支持している部分に用いられる旋回割出し装置に関するもので、スリーピース形のフェースギヤカップリング(面歯車継手)によって割出し位置の固定を行なう上記装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
旋回部材の割出し位置を高剛性かつ高精度で固定する装置として、カービックカップリングやハースカップリングなどと呼ばれるフェースギヤカップリングが広く用いられている。本願発明の理解を容易にするために、タレット旋盤のタレットの割出し位置の固定にフェースギヤカップリングを用いた例を模式的に示す図3及び図4を参照して、ツーピース形とスリーピース形のフェースギヤカップリングの固定構造とその特徴について簡単に説明する。
【0003】
図3はツーピース形のフェースギヤカップリングを用いた構造を示すものである。タレット(旋回部材)1は、これと実質上一体の旋回軸2を軸受3、3で刃物台(不動部材)4に旋回自在かつ軸方向移動自在に支持されている。タレット1の背面とこれに対向する刃物台4の端面とに、それぞれ回転フェースギヤ5と固定フェースギヤ6とが固定されている。両軸受3、3の間には、旋回軸2に設けたピストン7と刃物台4の軸孔に形成したシリンダ8とにより、タレット1を軸方向移動させるための油圧シリンダが形成されている。タレット1を割出し旋回する割出し装置は図には示されていない。
【0004】
このツーピース形のフェースギヤカップリングでは、回転フェースギヤ5または固定フェースギヤ6のいずれか一方を軸方向に移動して、両フェースギヤ5、6の嵌脱を行なうことにより、旋回部材(図ではタレット)の固定状態と自由回転状態を実現している。従って、ツーピース形の構造では、回転フェースギヤまたは固定フェースギヤのいずれかを、その歯丈に相当する量だけ軸方向に移動させる必要があるが、図3のように旋回部材を軸方向移動させると、旋回部材への回転伝達機構が複雑になる。一方、フェースギヤカップリング5、6のいずれか一方を旋回部材または不動部材に対して軸方向移動可能に装着したときは、旋回部材1自体は軸方向移動しなくてよくなるが、フェースギヤカップリングを軸方向移動可能にに装着する部分の剛性や精度がフェースギヤカップリングのそれよりも大幅に低下し、フェースギヤカップリングを使用したときの高剛性かつ高精度という特徴が失われる結果となる。
【0005】
図4はスリーピース形のフェースギヤカップリングを用いたときのタレットの支持構造を示すもので、刃物台4に固定した固定フェースギヤ11とタレット1に固定した回転フェースギヤ5とは、同一平面上に同一方向を向いて配置され、この両者に対向する連結フェースギヤ12が図示しない油圧シリンダ等により、軸方向移動自在に配置される。このスリーピース形のものは、連結フェースギヤ12を前進させて回転フェースギヤ5及び固定フェースギヤ11と噛合させることにより、回転フェースギヤ5が連結フェースギヤ12を介して固定フェースギヤ11で固定させる。連結フェースギヤ12が固定フェースギヤに噛合すると、連結フェースギヤ12の位置が固定フェースギヤ11によって規定されるため、連結フェースギヤ12の支持部分の剛性や精度が低くても、これによって回転フェースギヤの位置精度や剛性が低下することがない。
【0006】
以上の説明によれば、スリーピース形のフェースギヤカップリングは完全なように考えられるけれども、現実には組立精度や加工精度の関係で、固定フェースギヤ11と回転フェースギヤ5とを完全な同一平面上に配置することは不可能で、誤差による軸方向の出入りが生ずる。連結フェースギヤ12は、どちらか一方のフェースギヤに噛合するとその前進が停止するので、他方のフェースギヤとの間に隙間または噛合い力の不足が生じ、これが旋回部材の割出し位置精度ないし剛性を低下させる。そこで現実には、ツーピース形の場合と同様に、タレット1を連結フェースギヤ12の押付け力の2分の1の押付け力で連結フェースギヤ側に押圧する油圧シリンダを設けて、固定フェースギヤ11に噛合した連結フェースギヤ12に回転フェースギヤ5を押付ける構造を採用している。ツーピース型の場合と異なるのは、この押付け時のタレット1の軸方向移動は、誤差分だけのミクロンないしサブミクロンの単位であるから、この移動は部材の弾性変形で吸収され、タレット1の支持構造や駆動構造を複雑化させることがないということである。
【0007】
図3及び図4のいずれの構造であっても、タレット1はフェースギヤカップリングによって割出し位置を固定されたときには、旋回方向のみならず軸方向にも高い精度で位置決めされるが、旋回可能な状態になっているときのタレット1の軸方向位置は、固定されているときの軸方向位置と異なる位置になる。図3の場合は、フェースギヤの歯丈に相当する軸方向移動が生じ、図4の場合は、ミクロンないしサブミクロン単位の軸方向移動が生ずる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
タレットの場合は、割出し位置を固定しないでワークを加工するということがないので、タレットが旋回可能になったときのタレットの軸方向移動がワークの加工精度に影響することはない。しかしながら、マシニングセンタの主軸のように、割出し位置を固定して加工が行なわれるときもあれば、旋回しながら加工が行なわれるときもある場合には、割出し位置を固定したときと固定を解除したときとの軸方向移動は、ワークの加工精度を低下させる要因となる。図5は刃物台15にY軸回りに旋回及び割出し位置決め可能な回転工具ユニット16を搭載した複合旋盤の例を示したものであるが、この旋盤の回転工具ユニット16は、Y軸回りの角度を所定の割出し位置で固定された状態で加工を行なうこともあれば、Y軸回りに低速旋回しながら加工を行なうことも、定められた割出し角度以外の角度で停止した状態で加工を行なうこともある。なお、図5において、17は主軸台、18は主軸台に軸支された主軸、19は主軸の先端に装着されたチャック、20はチャック19に保持されたワークであり、刃物台15は通常の旋盤と同様にZ軸及びX軸方向に移動可能である。
【0009】
工作機械は高精度かつ高剛性であることが基本的に要求される。上記のような複合旋盤の回転工具ユニット16の割出し位置の固定にも、高剛性かつ高精度という特徴から、フェースギヤカップリングの採用が望ましい。しかし、たとえスリーピース形を使用したしても、従来構造をそのまま使用したときは、フェースギヤカップリングで割出し位置を固定して加工を行なうときと、固定を解いて回転工具ユニット16をY軸回りに旋回させながら加工を行なうときでは、加工位置がY軸方向にミクロンないしサブミクロンの単位で移動するという現象が起る。この移動はワークの加工誤差となって現れる。この誤差をNC装置で補正するには、Y軸制御を行なう必要があり、この補正のためのみに回転工具ユニット16のY軸送り装置とその制御装置とを追加することは、現実的ではない。
【0010】
そこでこの発明は、フェースギヤカップリングによって旋回部材を固定したときと固定を開放したときとで旋回部材の軸方向移動が生じず、高剛性かつ高精度であるというフェースギヤカップリングの特徴を有効に発揮させることが可能な、構造が簡単でコンパクトな旋回割出し装置を得ることを課題としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
この発明の工作機械の旋回割出し装置は、旋回部材16、25に固定された回転フェースギヤ26と、この回転フェースギヤと同一平面かつ同方向にして不動部材に固定された固定フェースギヤ35と、上記2個のフェースギヤ26、35に対向してその進出時に当該2個のフェースギヤ26、35に同時に噛合する連結フェースギヤ40とを備えた工作機械の旋回割出し装置において、固定フェースギヤ35と不動部材28とは、それらの間に介装された積層薄板リング29の円周上の複数箇所を不動部材28と固定フェースギヤ35とに交互に定着することによって固定され、かつ、上記固定された固定フェースギヤ35を連結フェースギヤ側に向けて付勢する付圧ばね36を備えることにより、上記課題を解決したものである。また付圧ばね36の伸縮ストロークを制限するストッパ38を設けることにより、装置の耐久性と作動安定性が向上する。
【0012】
ここで積層薄板リングは、複数枚のリング状の金属薄板の積層体で、その円周方向の位置を交互に不動部材28と固定フェースギヤ35とに定着することにより、両定着位置の間での金属薄板の面直角方向の撓みを利用して、固定フェースギヤ35を若干軸方向に移動可能にかつ金属薄板のリングを複数枚積層することによって、その円周方向には大きな剛性が得られるようにしたものである。
【0013】
また、付圧ばねとしては、付勢力が大きくかつ短ストロークである点で皿ばねが適しており、装置をコンパクトにする上でも有利である。ばねは伸縮ストロークが大きいと疲労によるばね力の低下や永久歪みが生ずるため、付圧ばねの伸縮ストロークを最小限にするため、ストッパ38でばねの伸長位置を規定している。付圧ばね36の付勢力は、回転及び固定フェースギヤ26、35に対する連結フェースギヤ40の押圧力の略2分の1に設定する。これにより、固定フェースギヤと連結フェースギヤ及び連結フェースギヤと回転フェースギヤとが略等しい力で噛合うこととなり、噛合い剛性が最も大きくなる。
【0014】
ストッパ38は固定フェースギヤ35が回転フェースギヤ26よりわずかに(例えば0.1mm)連結フェースギヤ40側に突出した位置で付圧ばね36の伸長を停止させる位置に設けられる。
【0015】
旋回部材25、16を割出して油圧シリンダ42などにより連結フェースギヤ40を回転及び固定フェースギヤ26、35に向けて進出させると、まず連結フェースギヤ40が固定フェースギヤ35に噛合して、連結フェースギヤ40の軸心と位相とが固定フェースギヤ35で正確に位置決めされ、固定フェースギヤ35がわずかに押込まれた状態で、連結フェースギヤ40と回転フェースギヤ26とが噛合して、旋回部材25、16を固定する。付圧ばね36は、原理的には固定フェースギヤ35を付勢するように設ければよいのであるが、積層薄板リング29と固定フェースギヤ35との定着部分において積層薄板リング29を付勢するように設けるのが装置をコンパクトにする上で有利である。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1は図5、6に示す複合旋盤の回転工具ユニット16をこの発明の旋回割出し装置で支持した例を示したものである。回転工具ユニット16は、工具駆動モータとチャック開閉シリンダとを内蔵しており、ケースの一端に臨出した工具チャック21でミリングカッタやドリルなどの回転工具を把持する(図6参照)。回転工具ユニット16の下面には、旋回台22が固定されており、この旋回台が旋回軸受23で刃物台15にY軸回りに旋回可能かつ軸方向移動不能に装着されている。旋回台22の中央には、チャックシリンダに油圧を供給する回転継手を内蔵した円筒部24が突出しており、この円筒部24の根元の固定フランジ25部分に回転フェースギヤ26が下向きに固定されている。
【0017】
旋回軸受23の内輪は、刃物台15に固定された短い支持円筒27の上端部外周に固定されており、この支持円筒の上端にリング状の内フランジ28が固定され、この内フランジの内径側下面に積層薄板リング29が円周を8等分する箇所に設けた上向き固定ボルト30で座金31、32で挟持された状態で締結されている(図1、2参照)。
【0018】
積層薄板リング29は、同一形状の8枚の薄いステンレス鋼板製のリングを積み重ねた構造で、このリングには円周を16等分する位置にボルト孔が設けられており、このボルト孔に一つおきに上向きボルト30が挿通されて、リングの円周8箇所の位置で積層薄板リング29を内フランジ28に固定している。
【0019】
積層薄板リングの他の8箇所のボルト挿通孔には、頭部に短円筒状のばねガイド33を形成した下向きボルト34が座金31、32で積層薄板リング29を挟んだ状態で挿通され、この下向きボルトが固定フェースギヤ35を積層薄板リング29の下面に締結している。
【0020】
すなわち、積層薄板リング29の円周を16等分して設けたボルト挿通孔には、上向きボルト30と下向きボルト34とが互い違いに挿通されて、上向きボルト30によって積層薄板リング29が不動部材である内フランジ28に定着され、下向きボルト34が固定フェースギヤ35を積層薄板リング29に定着している。
【0021】
下向きボルト34の頭部の短円筒状のばねガイド33には、適宜枚数を積み重ねた皿ばね36が嵌挿されており、この皿ばね群は、内フランジ28の内側下面の円周8箇所に設けた段付孔37に収まっており、この段付孔の段部と積層薄板リング29の上面の座金31との間で皿ばね37が伸縮する。皿ばね37はその装着位置、すなわち積層薄板リング29の円周8箇所の位置で固定フェースギヤ35を下方に付勢することとなるが、前記支持円筒27の内径側に設けた段部がストッパ38となって、下向きに付勢される固定フェースギヤの肩部39に当接することにより、固定フェースギヤ35の下動端位置が規定されている。
【0022】
この規定位置は前述したように、固定フェースギヤ35の歯面が回転フェースギヤ26の歯面より0.1mm以下のわずかの量だけ下方に突出する位置である。
【0023】
このようにして、互いに隣接する位置関係で下向きに装着された回転フェースギヤ26と固定フェースギヤ35に対向して、連結フェースギヤ40が上向きに装着されており、この連結フェースギヤ40は、前記円筒部24の外周に固定されたピストン41との間で油圧シリンダ装置を形成しているシリンダケース42に固定されている。この油圧シリンダ装置は、ピストンの両側に交互に油圧を供給することにより、シリンダケース42が昇降して、連結フェースギヤ40を回転及び固定フェースギヤ26、35に押接及び離隔させる。
【0024】
回転工具ユニット16の上部には、旋回台22の旋回軸と同軸の上軸43が突出しており、この上軸の上端部分に大径傘歯車44とブレーキディスク45とが固定されている(図6参照)。大径傘歯車44は、刃物台側に装着されたサーボモータ46の小径傘歯車47と噛合しており、サーボモータ46の往復回転及び位置決め停止により、回転工具ユニット16の方向、すなわちこれに設けられている工具チャック21に把持された工具のY軸回りの旋回及び割出し位置決めが行なわれる。一方、ブレーキディスク45は、刃物台側に装着したディスクブレーキ48でその回転を固定できるようになっており、前述したスリーピース形のフェースギヤカップリング49の割出し位置以外の位置で回転工具ユニット16の方向を固定するときに用いられる。
【0025】
以上説明したこの実施例の回転工具ユニットの旋回割出し構造によれば、回転工具ユニット16はサーボモータ46によるY軸回りの旋回中も、ディスクブレーキ48による旋回方向の固定時も、また、フェースギヤカップリングによる所定の割出し角度における固定時においても、その工具のY軸方向の位置は同一位置に保持されることとなる。従って、回転工具ユニットが旋回しながら加工を行なうときと、定位置に停止して加工を行なうときとで、Y軸方向の加工誤差が生ずるおそれがなく、より高精度の加工が実現できる。
【0026】
なお、ディスクブレーキ48で回転工具ユニットの方向を固定するときと、フェースギヤカップリング49で回転工具ユニットの方向を固定するときとでは、固定時の精度及び剛性が異なることとなるが、ワークの加工においては、例えば15度毎というような、ある特定の分割位置で高い加工精度を要求されることが多いため、ブレーキとフェースギヤカップリングとによる旋回角度の固定を行なうことに意味がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を図6旋回台の断面で示す側面図
【図2】積層薄板リングの固定構造を模式的に示す断面斜視図
【図3】ツーピース形フェースギヤカップリングの説明図
【図4】従来構造のスリーピース形フェースギヤカップリングの説明図
【図5】Y軸回りに旋回する回転工具ユニットを備えた複合旋盤の例を示す模式的な斜視図
【図6】図5の刃物台部分の一部を断面で示す側面図
【符号の説明】
16 回転工具ユニット
25 固定フランジ
26 回転フェースギヤ
28 リング状鍔
35 固定フェースギヤ
36 皿ばね
38 ストッパ
40 連結フェースギヤ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a swivel indexing device used for a part that supports a tool unit or a work holding unit of a machine tool so as to be swiveled. The present invention relates to an indexing position by means of a three-piece face gear coupling (face gear coupling). It is related with the above-mentioned device which fixes.
[0002]
[Prior art]
As an apparatus for fixing the indexing position of the swivel member with high rigidity and high accuracy, a face gear coupling called a carbic coupling or a hearth coupling is widely used. In order to facilitate understanding of the present invention, referring to FIGS. 3 and 4 schematically showing an example in which a face gear coupling is used to fix the turret index position of the turret lathe, a two-piece type and a three-piece type are shown. The face gear coupling fixing structure and its features will be briefly described.
[0003]
FIG. 3 shows a structure using a two-piece type face gear coupling. The turret (swivel member) 1 is supported on a tool post (non-moving member) 4 by a bearing 3 and 3 with a
[0004]
In this two-piece type face gear coupling, one of the rotating
[0005]
FIG. 4 shows a turret support structure when a three-piece face gear coupling is used. The fixed face gear 11 fixed to the
[0006]
According to the above description, the three-piece type face gear coupling is considered to be perfect, but in reality, the fixed face gear 11 and the
[0007]
3 and 4, when the index position is fixed by the face gear coupling, the turret 1 is positioned not only in the turning direction but also in the axial direction with high accuracy, but can turn. The axial position of the turret 1 when it is in a different state is different from the axial position when it is fixed. In the case of FIG. 3, axial movement corresponding to the tooth height of the face gear occurs, and in the case of FIG. 4, axial movement in units of micron or submicron occurs.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the turret, since the workpiece is not processed without fixing the index position, the axial movement of the turret when the turret can turn does not affect the processing accuracy of the workpiece. However, when machining is performed with the indexing position fixed as in the spindle of a machining center, or when machining is performed while turning, the indexing position is fixed and released. The movement in the axial direction with respect to when this occurs causes a reduction in the machining accuracy of the workpiece. FIG. 5 shows an example of a compound lathe in which a
[0009]
Machine tools are basically required to have high accuracy and high rigidity. For the fixing of the indexing position of the
[0010]
Therefore, the present invention effectively uses the feature of the face gear coupling that the swiveling member does not move in the axial direction when the swiveling member is fixed by the face gear coupling and when the fixing is released, and that it has high rigidity and high accuracy. It is an object of the present invention to obtain a swivel indexing device that is simple in structure and can be exhibited in a compact manner.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A turning index device for a machine tool according to the present invention includes a
[0012]
Here, the laminated thin plate ring is a laminated body of a plurality of ring-shaped metal thin plates, and the positions in the circumferential direction are alternately fixed to the
[0013]
Further, as the pressure spring, a disc spring is suitable because it has a large urging force and a short stroke, which is advantageous for making the apparatus compact. If the expansion / contraction stroke of the spring is large, the spring force is reduced due to fatigue or permanent deformation occurs. Therefore, in order to minimize the expansion / contraction stroke of the pressure spring, the extension position of the spring is defined by the
[0014]
The
[0015]
When the turning
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an example in which the
[0017]
The inner ring of the slewing bearing 23 is fixed to the outer periphery of the upper end of a
[0018]
The laminated
[0019]
[0020]
That is,
[0021]
An appropriate number of disc springs 36 are inserted into the short
[0022]
As described above, this specified position is a position where the tooth surface of the fixed
[0023]
In this way, the connecting
[0024]
An
[0025]
According to the rotary indexing structure of the rotary tool unit of this embodiment described above, the
[0026]
Note that the accuracy and rigidity at the time of fixing differ between when the direction of the rotary tool unit is fixed by the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a cross section of a swivel base in FIG. 6 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional perspective view schematically showing a fixing structure of a laminated thin plate ring. FIG. 4 is an explanatory view of a three-piece type face gear coupling having a conventional structure. FIG. 5 is a schematic perspective view showing an example of a composite lathe equipped with a rotary tool unit that rotates around a Y axis. Side view showing a part of the turret part of 5 in cross section [Explanation of symbols]
16 Rotary tool unit
25 Fixed flange
26 Rotating face gear
28 Ring-shaped bowl
35 Fixed face gear
36 Belleville spring
38 Stopper
40 Connecting face gear
Claims (2)
固定フェースギヤ(35)と不動部材(28)とは、それらの間に介装された積層薄板リング(29)の円周上の複数箇所を不動部材(28)と固定フェースギヤ(35)とに交互に定着することによって固定され、かつ、上記固定された固定フェースギヤ(35)を連結フェースギヤ側に向けて付勢する付圧ばね(36)を備えたことを特徴とする、工作機械の旋回割出し装置。A rotating face gear (26) fixed to the swivel members (16, 25), a fixed face gear (35) fixed to the stationary member in the same plane and in the same direction as the rotating face gear, and the two faces In a swivel indexing device for a machine tool provided with a connecting face gear (40) that simultaneously meshes with the two face gears (26, 35) when facing the gear (26, 35),
The fixed face gear (35) and the stationary member (28) are arranged at a plurality of locations on the circumference of the laminated thin plate ring (29) interposed between the stationary member (28) and the stationary face gear (35). And a pressing spring (36) that is fixed by alternately fixing to the connecting face gear and biases the fixed face gear (35) fixed toward the connecting face gear. Swivel indexing device.
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