JP4616725B2 - タッピングユニット - Google Patents

Description

本発明は、モータ（電動機）によってタップを回転しながら送りを掛けてワークにネジを立てるタッピングユニットに関する。

従来のタッピングユニットは、ツール（刃物）のタップサイズの割りには嵩が大きいので、タッピングユニットを小型化するため、モータに小出力のサーボモータを採用し、減速歯車を組み込むことにより高トルクを得る方式を取っている。

図３の（ａ）は従来のタッピングユニットを一部破断した側面図であり、図３の（ｂ）はその回転駆動機構を示す背面図である。図３の（ａ）、（ｂ）に示すように、従来のタッピングユニットは、２軸を１つのサーボモータで制御している。
つまり、タッピングユニット２０は、スピンドル２１の回転と、スピンドル２１自体を移動させてタップに送りを与えるタップ送りとを１つのサーボモータ３８で制御している。図３の（ａ）に示すように、スピンドル２１の先端部に装着したタップ（図示せず）がワークや治具等に衝突すると、その衝突による過負荷の伝達経路は、スピンドル２１から連結部材２９を介してボールねじ２２に伝わり、ボールねじ２２の後端部に接続されたフィードリダクションギヤ２５からギヤシャフト３１へ伝わり、さらに、従動側フィードギヤ３２からアイドルギヤ３３を介して主動側フィードギヤ３４に伝わり、ドライブ側プーリ３５、歯付ベルト３６、モータ側プーリ３７と伝わってサーボモータ３８に伝達される（特許文献１参照）。
特開平９−２７７１２０号公報（段落００１５〜００２１、図１〜図３）

しかしながら、従来のタッピングユニット２０は、送り軸と主軸の２軸を１つのサーボモータで制御しているため、スピンドル（主軸）の回転力の過負荷検出はできても、送り軸は減速比が大きいために小さなトルクとなってしまい、送り軸が過負荷であってもサーボモータによって検出することができず、そのため、送り軸を破損してしまう恐れがあるという問題があった。

そこで、本発明は、これらの問題点を解決するために創案されたものであり、タッピングユニットを大型化することなく、送り軸の過負荷を検知して回転力の伝達を遮断し、送り軸を保護するタッピングユニットを提供することを課題とする。

請求項１に係るタッピングユニット（１０）の発明は、スピンドルの回転と、スピンドル全体を移動させる送りとを１つのサーボモータで制御するタッピングユニットにおいて、前記スピンドルに前記サーボモータの回転力を伝達する回転力伝達機構と、前記スピンドルを移動させる送り機構と、前記送り機構の回転を直線運動に変換する運動変換機構を備え、前記回転力伝達機構は、前記サーボモータの回転力をプーリと歯付ベルトを介してスプラインシャフトに伝え、このスプラインシャフトは前記スピンドルの内径に設けられたスプラインに噛み合い、前記サーボモータの回転力を前記スピンドルに伝達し、前記送り機構は、前記スプラインシャフトの端部に設けられた主動側フィードギヤがアイドルギヤを介して従動側フィードギヤに噛み合い、この従動側フィードギヤと一体のギヤシャフトの先端部に設けられたギヤとフィードリダクションギヤと噛み合い、ボールねじを回転させて送り、前記運動変換機構は、前記スピンドルが回転自在に軸支され、このスピンドルを包囲した円筒状のクイルと、前記ボールねじのナットとを連結部材によって連結したタッピングユニットであって、前記ボールねじの後端部に固定されたフランジ部が一体に形成されたリミッタ本体と、前記リミッタ本体のフランジ部の内側に当接させた前記フィードリダクションギヤと、前記フィードリダクションギヤを前記フランジ部に押圧する複数の皿ばねと、この皿ばねの付勢力を調節する前記リミッタ本体に螺入されたナットと、
前記フィードリダクションギヤに複数の窪みが設けられ、前記フランジ部の内側に設けられた複数の穴ぐりおよびこの窪みとに挟持された複数の球と、このフィードリダクションギヤの軸方向のずれを検知する近接スイッチ、マイクロスイッチ、あるいは、リミットスイッチと、から構成する送り軸過負荷保護装置を内蔵したことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のタッピングユニット（１０）であって、送り軸（２）に過負荷がかかると、瞬時に球（４）がフィードリダクションギヤ（５）の窪み（５ａ）から乗り上げ、フィードリダクションギヤ（５）が軸方向へ皿ばね（７）の付勢力に打ち勝って移動することにより、前記近接スイッチ（８）、マイクロスイッチ、あるいは、リミットスイッチがフィードリダクションギヤ（５）を検知してサーボモータ（１８）を停止することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、タッピングユニットの送り軸であるボールねじの軸端部にコンパクトな送り軸過負荷保護装置を内蔵したことにより、タッピングユニットを大型化することなく、過負荷を検知して直ちに回転力の発生を停止することにより、送り軸を保護することが可能なタッピングユニットを提供することができる。

請求項２に係る発明によれば、過負荷がかかると、瞬時に球がフィードリダクションギヤの皿もみの窪みから乗り上げ、フィードリダクションギヤが軸方向へ皿ばねの付勢力に打ち勝って移動する。そして、近接スイッチ、マイクロスイッチ、あるいは、リミットスイッチがフィードリダクションギヤを検知してサーボモータを停止することにより、タッピングユニットの送り軸を保護することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１の（ａ）はタッピングユニットの断面図であり、図１の（ｂ）はタッピングユニットのエンドカバーを外した背面図である。
図１の（ａ）に示すように、タッピングユニット１０は、スピンドル１の回転と、スピンドル１自体を移動させる送りとを１つのサーボモータ１８で制御する方式をとっている。このタッピングユニット１０は、スピンドル１にサーボモータ１８の回転力を伝達する回転力伝達機構Ｅと、このスピンドル１を移動させる送り機構Ｆと、この送り機構Ｆの回転を直線運動に変換する運動変換機構Ｇを備えている。

前記回転力伝達機構Ｅは、サーボモータ１８の回転力をモータ側プーリ１７から歯付ベルト１６を介してドライブ側プーリ１５に伝え、スプラインシャフト１９に伝えている。このスプラインシャフト１９はスピンドル１の内径に設けられたスプライン１ｂに噛み合い、サーボモータ１８の回転力をスピンドル１に伝達する。
また、送り機構Ｆは、スプラインシャフト１９の後端部に設けられた主動側フィードギヤ１４がアイドルギヤ１３を介して従動側フィードギヤ１２に噛み合い、この従動側フィードギヤ１２と一体のギヤシャフト１１の先端部に設けられたギヤ１１ａとフィードリダクションギヤ５とが減速されて噛み合い、送り軸であるボールねじ２を回転させて、タップの送りとしている。
前記運動変換機構Ｇは、スピンドル１が回転自在に、かつ、このスピンドル１を包囲した円筒状のクイル１ａの内周面に軸支され、送り軸であるボールねじ２のナット２ａとを連結部材９によって連結されており、回転運動を直線運動に変換している。

図２は図１に示す送り軸過負荷保護装置の拡大図であり、（ａ）は正常（連結）時の状態を示す断面図、（ｂ）は異常（遮断）時の状態を示す断面図、（ｃ）はフィードリダクションギヤの窪みの配置を示す側面図である。
図２の（ａ）に示すように、リミッタ本体３は、フランジ部３ａ付の形状で、その断面形状は略Ω字状を横にしたような形をしている。また、リミッタ本体３は、ボールねじ２の後端部２ｂに嵌合され、クランパ６によって、ボールねじ２に固定されている。
リミッタ本体３のフランジ部３ａの内側端面には、後記するフィードリダクションギヤ５に設けられた６個の窪み５ａと同じ配置で６個の穴ぐり３ｂが設けられ、さらに、６個の止めねじ４ａが螺入されている。
前記クランパ６は、内スリーブ６ａと外スリーブ６ｃとから構成され、そのスリーブ６ａ，６ｃはテーパ形状で重なり合い、軸方向に設けた６個のボルト６ｂの締付力とテーパによって軸方向に縮み、径方向に膨らむ弾性変形を利用して両者を固定している。
フィードリダクションギヤ５は、フランジ部３ａとの当接面に皿もみの窪み５ａが６個設けられ、リミッタ本体３のフランジ部３ａに設けられた６個の穴ぐり３ｂ、止めねじ４ａと位置を合せ、後記する球４を挟持し、後記する皿ばね７に付勢されてリミッタ本体３と一体になって回転している。

この球４は、ここでは鋼球４である。以下の説明は鋼球４として説明する。フランジ部３ａに設けられた穴ぐり３ｂと前記フィードリダクションギヤ５の窪み５ａとによって挟持されている。また、鋼球４のガタ（あそび）は、止めねじ４ａによってガタがないように調整されている。
皿ばね７は、６枚を一組とし、フィードリダクションギヤ５の側面をフランジ部３ａに押圧している。
ナット３ｃは、この皿ばね７の付勢力を調節するとともに、この皿ばね７の付勢力の反力を受ける。そのため、リミッタ本体３の先端部３ｄに螺入されている。
近接スイッチ８は、フィードリダクションギヤ５の外径の先端面の近傍に、例えば、１．０ｍｍの隙間を確保して配置されている。

ここで、送り軸過負荷保護装置Ｈを内蔵したタッピングユニット１０の動作について図面を参照して説明する。なお、重複する説明は、同符号を付して省略する。
図１に示すように、スピンドル１の先端部１ｃに設けられたモールステーパ部１ｄには、図示しないが、ツール（工具）であるタップがタップホルダに固定されており、このタップホルダのシャンク部がモールステーパ部１ｄに嵌入されている。ワークにはタップ加工をするために下穴が施されている。例えば、Ｍ１０のメートル並目ネジであれば、下穴の直径はφ８．５ｍｍであり、その深さは、例えば、３５ｍｍである。そして、Ｍ１０のピッチｐは１．５ｍｍであり、そのネジ深さは２５ｍｍである。

＜早送り＞
まず、最初に、タップを加工穴まで早送り速度で近づけるために、サーボモータ１８が早送り速度とする所定の回転数で回転を始めると、図１の（ａ）に示すように、プーリ１５，１７と歯付ベルト１６を介してスプラインシャフト１９に回転を伝え、スプラインシャフト１９の後端部に設けられた主動側フィードギヤ１４がアイドルギヤ１３を介して従動側フィードギヤ１２に噛み合い、この従動側フィードギヤ１２と一体のギヤシャフト１１の先端部に設けられたギヤ１１ａとフィードリダクションギヤ５と噛み合い、ボールねじ２を回転させ、さらに、ボールねじ２のナット２ａから連結部材９を介してクイル１ａに伝達し、クイル１ａを早送り速度で前進させる。このクイル１ａにはスピンドル１が回転自在に軸支されており、クイル１ａに包囲されているので、当然ながら、スピンドル１も早送り速度で前進する。

＜切削送り＞
タップの先端がワークに接近した後、所定の隙間をもって切削送りに切り換わり、タップ加工が開始する。つまり、サーボモータ１８が切削送り速度とする所定の回転数に落すと、図１の（ａ）に示すように、プーリ１５から歯付ベルト１６を介してプーリ１７へと回転が伝えられ、スプラインシャフト１９がスピンドル１に回転を伝えてタップを回転させる。そして、タップが所定の深さ（例えば、２５ｍｍ）まで到達したところで、逆転させ、加工穴から抜きとる。
なお、Ｍ１０のタップ加工では、スピンドルが１回転する間に１．５ｍｍ前進するように同期され、減速されている。

＜早戻し＞
タップ加工が終了すると、モータを逆転し、早送り速度で早戻しして後退させ、クイル１ａを元の位置に戻す。

＜過負荷の発生＞
送り軸に過負荷が発生した場合を説明する。
図２の（ｂ）に示すように、スピンドル１の先端部に装着したタップが、例えば、ワークや治具等に衝突すると、皿ばね７の付勢力に抗して皿ばねを撓ませ、フィードリダクションギヤ５の窪み５ａに挟持された鋼球４が窪み５ａの淵に乗り上る。その結果、フィードリダクションギヤ５が軸方向の前方へ２．０ｍｍずれ、そのずれを近接スイッチ８が検知し、近接スイッチ８はＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り換わり、ＯＮ信号を発しサーボモータ１８は瞬時に停止する。なお、近接スイッチはＢ接点を使用している。

図２の（ｃ）に示すように、フィードリダクションギヤ５の窪み５ａの配置は４等配にした４個の窪み５ａのほかに２個を足した６個から構成され、９０°、１８０°、２７０°等の回転では復帰できないように、非対称位置となっている。なお、１回転させて復帰させた場合はボールねじ１の１ピッチ分がずれてしまうこともあるため、送り軸が過負荷となり、鋼球４が乗り上げてずれた場合は、サーボモータ１８の電源を一度切り、再度、機械原点復帰を行うことで、過負荷前の機械原点位置を再現することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく、適宜変更して実施することが可能である。例えば、近接スイッチはマイクロスイッチや、リミットスイッチでもよい。また、球は鋼球のほかに、セラミック球であってもよく、その他の硬い材質の球であっても構わない。

（ａ）はタッピングユニットの断面図であり、図１の（ｂ）はタッピングユニットのエンドカバーを外した背面図である。 図１に示す送り軸過負荷保護装置の拡大図であり、（ａ）は正常（連結）時の状態を示す断面図、（ｂ）は異常（遮断）時の状態を示す断面図、（ｃ）はフィードリダクションギヤの窪みの配置を示す側面図である。 （ａ）は従来のタッピングユニットを一部破断した側面図であり、（ｂ）はその回転駆動機構を示す背面図である。

符号の説明

１ スピンドル
１ａ クイル
１ｂ スプライン
１ｃ 先端部
１ｄ モールステーパ部
２ ボールねじ（送り軸）
２ａ ナット
２ｂ 後端部
３ リミッタ本体
３ａ フランジ部
３ｂ 穴ぐり
３ｃ ナット
３ｄ 先端部
４ 球（鋼球）
４ａ 止めねじ
５ フィードリダクションギヤ
５ａ 窪み
６ クランパ
６ａ 内スリーブ
６ｂ ボルト
６ｃ 外スリーブ
７ 皿ばね
８ 近接スイッチ
９ 連結部材
１０，２０ タッピングユニット
１１ ギヤシャフト
１２ 従動側フィードギヤ
１３ アイドルギヤ
１４ 主動側フィードギヤ
１５ ドライブ側プーリ
１６ 歯付ベルト
１７ モータ側プーリ
１８ サーボモータ
１９ スプラインシャフト
Ｅ 回転力伝達機構
Ｆ 送り機構
Ｇ 運動変換機構
Ｈ 送り軸過負荷保護装置

Claims (2)

1. スピンドルの回転と、スピンドル全体を移動させる送りとを１つのサーボモータで制御するタッピングユニットにおいて、
   前記スピンドルに前記サーボモータの回転力を伝達する回転力伝達機構と、前記スピンドルを移動させる送り機構と、前記送り機構の回転を直線運動に変換する運動変換機構を備え、
   前記回転力伝達機構は、前記サーボモータの回転力をプーリと歯付ベルトを介してスプラインシャフトに伝え、このスプラインシャフトは前記スピンドルの内径に設けられたスプラインに噛み合い、前記サーボモータの回転力を前記スピンドルに伝達し、
   前記送り機構は、前記スプラインシャフトの端部に設けられた主動側フィードギヤがアイドルギヤを介して従動側フィードギヤに噛み合い、この従動側フィードギヤと一体のギヤシャフトの先端部に設けられたギヤとフィードリダクションギヤと噛み合い、ボールねじを回転させて送り、
   前記運動変換機構は、前記スピンドルが回転自在に軸支され、このスピンドルを包囲した円筒状のクイルと、前記ボールねじのナットとを連結部材によって連結したタッピングユニットであって、
   前記ボールねじの後端部に固定されたフランジ部が一体に形成されたリミッタ本体と、
   前記リミッタ本体のフランジ部の内側に当接させた前記フィードリダクションギヤと、
   前記フィードリダクションギヤを前記フランジ部に押圧する複数の皿ばねと、
   この皿ばねの付勢力を調節する前記リミッタ本体に螺入されたナットと、
   前記フィードリダクションギヤに複数の窪みが設けられ、前記フランジ部の内側に設けられた複数の穴ぐりおよびこの窪みとに挟持された複数の球と、
   このフィードリダクションギヤの軸方向のずれを検知する近接スイッチ、マイクロスイッチ、あるいは、リミットスイッチと、
   から構成する送り軸過負荷保護装置を内蔵したことを特徴とするタッピングユニット。
2. 送り軸に過負荷がかかると、瞬時に球がフィードリダクションギヤの窪みから乗り上げ、フィードリダクションギヤが軸方向へ皿ばねの付勢力に打ち勝って移動することにより、前記近接スイッチ、マイクロスイッチ、あるいは、リミットスイッチがフィードリダクションギヤを検知してサーボモータを停止することを特徴とする請求項１に記載のタッピングユニット。

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