JP4741351B2 - 小型旋盤 - Google Patents

Description

この発明は、複数の工具を装着可能な刃物台を備え、ワークを把持して回転する主軸の軸線方向の移動（Ｚ移動）と、前記刃物台の上下方向の移動（Ｘ移動）とにより、ワークと工具の相対位置関係を制御して加工を行う旋盤に関し、特に小型部品を加工する設置面積の小さいコンパクトな旋盤に関するものである。

現在用いられている一般的な旋盤は、固定の主軸台に定位置に水平に軸支された主軸と、ベッド上を主軸軸線方向（Ｚ軸）及び主軸半径方向（Ｘ軸）との両方向に案内される刃物台とを備え、刃物台のＺ及びＸ移動により、ワークと工具との相対位置関係を制御してワークの加工を行うというものである。２本の主軸を同一軸線上で対向させた２主軸対向旋盤においては、両主軸間でのワークの受け渡しのために、主軸台の少なくとも一方をＺ移動可能に設ける必要があり、この主軸台のＺ移動と刃物台のＸ移動とによって、Ｚ−Ｘ平面内でのワークと主軸との相対位置関係を制御することにより加工を行う構造のものもある。

一方、小型部品を加工する旋盤としてスイス旋盤と呼ばれる旋盤が古くから知られている。スイス旋盤は、垂直方向の支持盤を備え、この支持盤にワーク周面を案内するガイド孔と、このガイド孔に直交する方向（一般的には上下方向）に刃物台を案内する送りガイドとが設けられている。ワークを把持する主軸及び当該主軸を軸支する主軸台は、この支持盤の背後にワーク軸線方向に移動可能に設けられている。ワークの加工は、主軸に把持されたワークの先端を前記ガイド孔から支持盤の前面に突出させ、送りガイドで案内される刃物台に装着した工具をこのワークの突出端に臨ませて、主軸台のＺ移動と刃物台のＸ移動とにより、ワークに対する工具の相対位置関係を制御してワークの加工を行うというものである。

スイス旋盤に複数の工具を装着する構造としては、ガイド孔を中心として放射方向に複数の刃物台を設ける構造や、Ｘ移動する送り台にＸ軸及びＺ軸と直交するＹ軸方向に往復動する刃物台を設けて、この刃物台に複数の工具を櫛刃（櫛歯）状に装着し、送り台上における刃物台のＹ軸方向の移動により工具選択を行うという構造が採用されている。

なお上記背景技術は、特に文献を挙げるまでもない周知の事項である。

現在用いられている一般的な構造の旋盤は、水平な主軸軸心方向（Ｚ軸）に対してＸ軸は水平又はスラント（傾斜）方向に配置されており、機械の設置床面積が大きく、また対象となるワークを小物部品とした場合、機械自体が大型である。更に複数台の旋盤をこれらの旋盤間でワークを搬送するローダ・アンローダで連結する場合、メンテナンスエリアをあけて各旋盤にローダ及びアンローダを配置するという連結構造となり、大きな床面積が必要になる。更にワークから刃物台までの力の伝達ループが比較的長く、機械の剛性を高くして高精度加工を実現しようとすると、送り台などの移動部材や主軸台などの構造部材も大きく重くなり、装置コストを上昇させる。

この発明は、コンパクトで設置面積が小さく、かつ剛性の高い小型旋盤を得ることを課題としており、特に複数台の旋盤を並べて設置して、当該複数台の旋盤にワークを順次搬送することにより、複数工程の加工を行う場合における、当該複数台の旋盤並びにこれらの旋盤間でワークを搬送するローダ・アンローダを小さい設置面積で、かつ直線的な経路でワークを搬送することが可能な小型旋盤を得ることを課題としている。

この発明は、オペレータ側から見たフレーム１の幅を狭くして、その幅方向の一方からワークをロードし反対側からアンロードする機械配置を可能にすると共に、Ｚ軸をオペレータ側から見て前後方向、Ｘ軸を上下方向とし、主軸５を軸支する主軸台４をフレーム１の上面にＺ移動可能に設けると共に、当該フレームの前面（オペレータ側を向く面）にＸ移動する刃物台１０ａないし１０ｃを設けて工具の切込み送り方向を上下方向とし、かつこの構造の制約内で複数の工具を選択使用できるようにすることにより、上記課題を解決したものである。

本願の請求項１記載の発明に係る小型旋盤は、複数の工具１３を装着する刃物台１０（１０ａないし１０ｃ）を備え、主軸５を水平に軸支する主軸台４の主軸軸線方向移動（Ｚ移動）と前記刃物台１０の上下方向移動（Ｘ移動）とにより、主軸５に把持したワーク７と刃物台１０に装着した工具１３の相対位置関係を制御してワークを加工する小型旋盤において、オペレータ側から見て前後方向に長い水平な上面と上下方向に長い垂直な前面を有するフレーム１と、このフレームの前記上面に装着されたオペレータ側から見て前後方向に移動する主軸台４と、この主軸台に軸支されてワーク把持端をオペレータ側に向けた主軸５と、フレーム１の前面に装着されて上下方向に移動する送り台９（９ａないし９ｃ）と、この送り台の上端に装着された刃物台１０とを備え、前記主軸台は前記前後方向にのみ移動し、前記送り台は上下方向にのみ移動してワークを加工することを特徴とするものである。

刃物台１０は、櫛刃型又はインデックス型（タレット型）の両形式の刃物台のいずれの形式とすることも可能である。

本願の請求項２記載の発明に係る小型旋盤は、刃物台として櫛刃型の刃物台を備えた上記構造の小型旋盤で、複数の工具１３を櫛刃状に装着する刃物台１０ａを備え、この刃物台の移動を案内するＸガイド３及びその送り装置が当該刃物台の下方に上下方向にして設けられ、かつこの刃物台に複数の工具１３が隣接する工具との位置関係を上下方向にして装着され、主軸台４が後退した状態での刃物台１０ａの上下移動により工具選択を行い、主軸台４が進出した状態での刃物台１０ａの上下移動によりワークに対する工具の切込み送りを与えることを特徴とする、請求項１記載の小型旋盤である。

本願の請求項３記載の発明に係る小型旋盤は、刃物台として旋回軸がＺ及びＸ軸に対して４５度傾斜したタレット型の刃物台を備えた上記構造の小型旋盤で、前記刃物台１０ｂの移動を案内するＸガイド３及びその送り装置が当該刃物台の下方に上下方向にして設けられ、前記送り台１０ｂの上端に４５度傾斜した軸回りに旋回割出されるインデックス型の刃物台１０ｂを備え、かつ当該刃物台は工具１３を前記旋回軸に対して４５度の方向で装着されることを特徴とする、請求項１記載の小型旋盤である。

本願の請求項４記載の発明に係る小型旋盤は、Ｚ軸方向に旋回割出されるタレット型の刃物台を備えた上記構造の小型旋盤で、前記刃物台１０ｃの移動を案内するＸガイド３及びその送り装置が当該刃物台の下方に上下方向にして設けられ、前記送り台９ｃは主軸チャック６の通過を許す開口１９を備え、当該送り台の上端にＺ軸回りに旋回割出されるタレット刃物台１０ｃが前記主軸台４の上方位置にして設けられていることを特徴とする、請求項１記載の小型旋盤である。

ワーク７をＺ移動させる主軸台４と工具１３をＸ移動させる送り台９とを幅狭いフレーム１の上面と前面とに前後方向及び上下方向に移動するように配置したので、ワーク７から刃物台１０に至る加工力の伝達ループが短くでき、機械剛性を高くできて、高精度の加工が可能になると共に、機械の設置スペースを小さくできる。特にＺ軸をフレーム上面の前後方向水平、Ｘ軸をフレーム前面の垂直方向に配置したことにより、機械の左右幅を可及的に小さくすることができ、ワーク７が機械の幅方向に通過するように機械の両側にローダ・アンローダを設置することにより、狭い幅で複数台の旋盤を並べて配置する際の設置スペースを大幅に削減できる。

また、側方から見て正方形ないし矩形形状となるフレーム（ベッド）は、前方から見たときの左右幅は小さいが、その上面前後方向と前面上下方向に移動する主軸台４と送り台９の移動方向には、安定して加工反力を受け取ることができるガイド長さを確保でき、かつ単純な形状で、従って剛性を高くすることが容易なフレーム構造にできる。

更に切粉をワーク加工点の直下に落すことができ、機械剛性に影響しないベッド下部を切粉処理装置や複数台の機械を搭載する連結用基台を設ける空間として利用できる。

更に主軸５がオペレータ側を向き、刃物台１０がフレーム１のオペレータ側を向く面に配置されるので、メンテナンスを機械前面から容易に行うことができると共に、配電盤２５や油圧装置２７などの補助機器をフレーム１の背後に配置することにより、これらの補助機器のメンテナンスも機械背後から容易に可能となり、機械を側方に並べて複数台配置したときに、各機械のメンテナンス上の問題が生ずることもない。

以下、図面を参照してこの発明の好ましい実施形態について説明する。図１は第１実施形態の斜視図、図２は第２実施形態の斜視図、図３は第３実施形態の斜視図、図４は第３実施形態の側面図である。

図１ないし図４において、１はフレーム（ベッド）である。フレーム１は、側面形状が略正方形状で、上面及び正面の形状が幅方向（左右方向）に狭い矩形である。フレーム１は、工作機械のベッドに要求される十分な剛性を備えたものとするが、特に前側上方に相対的に高い剛性を有する構造とする。フレーム１の上面及び前面には、長手方向、すなわち上面の前後方向及び前面の上下方向に送り機構を収容する凹所が形成され、その凹所の両側に上面には主軸ガイド２が前後方向にして、前面には送りガイド３が上下方向にして設けられている。ここで前後及び左右は、オペレータ側から見たときの前後及び左右方向である。

図１ないし図４において、４は主軸台である。主軸台４はフレーム１の上面に主軸ガイド２に案内されて前後方向に移動自在に装着されている。主軸台４には前後方向水平に主軸５が軸支されており、当該主軸の先端にワークを把持するチャック６が装着されている。フレーム１の前述した上面の凹所に前後方向に主軸送りねじが配置され、その後端が主軸送りモータ（Ｚ軸送りモータ）に連結されている。主軸台４は、その両側部を主軸ガイド３で摺動自在に支持され、その底部が主軸送りねじに螺合している。主軸５は、主軸台４に内蔵したビルトインモータで回転駆動される構造で、主軸の後端にはチャック６を開閉するチャックシリンダ８が設けられている。

図１ないし図４の９ａないし９ｃは、工具の送り台である。送り台９ａないし９ｃは、これらに搭載される刃物台１０ａないし１０ｃが異なるため、その形状及び構造が異なっているが、いずれもフレーム１の前面に設けた上下方向の送りガイド３に摺動自在に装着されている。フレーム１の前述した前面の凹所には、上下方向の工具送りねじが配置され、その下端はベルトカバー１１内に配置されたベルト伝動装置を介して工具送りモータ１２に連結されている。送り台９ａないし９ｃは、送りガイド３で両側部を案内され、背面（フレーム１を向く面）中央が刃物台送りねじに螺合している。送り台９ａないし９ｃの上部には、刃物台１０ａないし１０ｃが搭載されている。

図１の刃物台１０ａは、複数の工具１３をそれぞれのシャンクを水平方向にして、かつ上下方向に並べて保持する櫛刃型の刃物台である。この刃物台１０ａは、送り台９ａの上端に形成された左右方向の位置決め鍔１４を有する取付面１５に下端を固定して取り付けられている。刃物台１０ａは、コラム１６を有し、このコラムの一方の側面に複数の工具取付ガイド１７が設けられ、それぞれの工具取付ガイドに工具１３が工具取付ガイド１７に沿う前後方向の位置を調整可能にして、図示されていない固定ボルトで先端を背後側、すなわち主軸台４側に向けて固定されている。

この第１実施形態の工具１３と、主軸チャック６に把持されたワーク７との関係を図５に示す。刃物台１０ａに搭載された複数の工具１３は、主軸５が後退した状態で送り台９ａを上下移動させることにより選択される。旋盤を制御するＮＣ装置には、各工具取付ガイド１７ごとにＸ軸原点が登録されており、工具の１個が選択されると、その工具が装着されている工具取付ガイド１７に対応して登録された値により、Ｘ軸の原点が変更される。こうして複数の工具１３の１個を選択した後、主軸台４を前進させてワーク７と工具１３とを接近させ、主軸台４のＺ移動と、刃物台１０ａのＸ移動とにより、Ｚ−Ｘ平面内でのワーク７に対する工具刃先の相対位置関係を制御してワーク７に所定の加工を行う。

図２の第２実施形態に示した刃物台１０ｂは、上手前４５度の方向に傾斜した割出軸１８を有するインデックス型の刃物台である。この刃物台１０ｂに装着した工具１３と主軸チャック６に把持されたワーク７との関係が図６に示されている。図の刃物台１０ｂには、８本の工具１３が装着できるようになっており、刃物台１０ｂの上端の位置に割り出された工具１３の上方を向いた刃先１３ａがワーク７を旋削加工する状態が図６に示されている。

図３及び図４に示す第３実施形態の刃物台１０ｃは、割出軸１８を主軸と平行な前後方向にしたタレット刃物台である。このタレット刃物台１０ｃは、主軸台４の上方に位置している。この位置関係を実現するため、送り台９ｃは、その上部幅方向中央に主軸チャック６が通過可能な縦長の開口１９を備えており、タレット刃物台１０ｃは、この開口の両側の柱状の部分２０の上端に両側部に設けた取付フランジ２１を固定された状態で搭載されている。図には、１２個の工具１３を取り付けることができるタレット２２を有し、かつ回転工具駆動装置を内蔵した構造のタレット刃物台１０ｃが示されている。図の２３は、タレット２２の割出モータであり、２４は回転工具を駆動する工具駆動モータである。

なお、図３、４には、フレーム１の背後に配電ボックス２５、オイルクーラー２６、油圧ユニット２７を配置し、フレーム１内にエア機器の潤滑油ユニット２８を配置する例が示されている。

上記のように構成されたこの発明の小型旋盤は、送り台９を設けたフレーム前面がオペレータ側を向くように設置される。この設置状態で主軸チャック６はオペレータ側を向いて、オペレータから見て前後方向に移動し、刃物台１０ａないし１０ｃは、フレーム１のオペレータ側で上下方向に移動する。この構造により、フレーム１、主軸台４及びその送り機構、送り台９及びその送り機構、並びに、刃物台１０を、幅狭い空間内にワークの加工に必要な移動を可能にした状態で収容することができ、正面から見たときの機械全体の形状を縦長の矩形形状にすることが可能になり、設置面積の小さなコンパクトな小型旋盤を実現できる。

そして、正面及び上面形状が幅狭い矩形形状であることから、図７に示すように、複数台（図では２台）の小型旋盤３０ａ、３０ｂを、それらの機械へのローダ３１、第１旋盤３０ａから第２旋盤３０ｂへの受け渡し装置３２及びアンローダ３３と共にコンパクトに設置することが可能になり、この場合の機械全体の設置面積も従来の小型旋盤に比べて大幅に削減することができる。なお、図７の３４は並置された機械全体をカバーする前面カバーである。

更に、ワークの加工位置が機械の上部手前端となるため、ワークと工具との間の加工力の伝達ループがフレームの前上隅を通る短いループとなり、かつ主軸台や送り台の移動方向のガイド長さを充分長く取ることができるので、機械の剛性を容易に高くできる。更にまた、機械に対するワークのロード・アンロードや主軸と工具に対する接近性が極めてよく、メンテナンス性にも優れており、この特徴は図７に示すように複数台の旋盤を並べて配置したときも失われることがない。

この発明の小型旋盤の第１実施形態の斜視図 同第２実施形態の斜視図 同第３実施形態の斜視図 第３実施形態の小型旋盤の側面図 図１の旋盤における工具とワークの関係を示す模式図 第２実施形態の小型旋盤における工具とワークの関係を示す模式的な側面図 ２台の小型旋盤をローダやアンローダと共に並べて設置した状態を示す平面図

符号の説明

１ フレーム
３ 送りガイド
４ 主軸台
５ 主軸
６ チャック
７ ワーク
9a〜9c 工具の送り台
10a〜10c 刃物台
13 工具
19 開口

Claims (4)

1. 複数の工具(13)を装着する刃物台(10(10aないし10c))を備え、主軸(5)を水平に軸支する主軸台(4)の主軸軸線方向移動と前記刃物台(10)の上下方向移動とにより、前記主軸に把持したワーク(7)と前記刃物台に装着した工具(13)の相対位置関係を制御してワークを加工する小型旋盤において、
   オペレータ側から見て前後方向に長い水平な上面と上下方向に長い垂直な前面を有するフレーム(1)と、このフレームの前記上面に装着されたオペレータ側から見て前後方向となるＺ軸方向に移動する主軸台(4)と、この主軸台に軸支されてワーク把持端をオペレータ側に向けた主軸(5)と、前記フレームの前面に装着されて上下方向となるＸ軸方向に移動する送り台(9(9aないし9c))と、この送り台の上端に装着された前記刃物台とを備え、前記主軸台は前記前後方向にのみ移動し、前記送り台は上下方向にのみ移動してワークを加工することを特徴とする、小型旋盤。
2. 複数の工具(13)を櫛刃状に装着する刃物台(10a)を備え、この刃物台の移動を案内するＸガイド(3)及びその送り装置が当該刃物台の下方に上下方向にして設けられ、かつこの刃物台に複数の工具(13)が隣接する工具との位置関係を上下方向にして装着され、主軸台(4)が後退した状態での刃物台(10a)の上下移動により工具選択を行い、主軸台(4)が進出した状態での刃物台(10a)の上下移動によりワークに対する工具の切込み送りを与える、請求項１記載の小型旋盤。
3. 前記刃物台(10b)の移動を案内するＸガイド(3)及びその送り装置が当該刃物台の下方に上下方向にして設けられ、前記送り台(10b)の上端に４５度傾斜した軸回りに旋回割出されるインデックス型の刃物台(10b)を備え、かつ当該刃物台は工具(13)を前記旋回軸に対して４５度の方向で装着される、請求項１記載の小型旋盤。
4. 前記刃物台(10c)の移動を案内するＸガイド(3)及びその送り装置が当該刃物台の下方に上下方向にして設けられ、前記送り台(9c)は主軸チャック(6)の通過を許す開口(19)を備え、当該送り台の上端に前記主軸(5)と平行な軸線回りに旋回割出されるタレット刃物台(10c)が前記主軸台(4)の上方位置にして設けられている、請求項１記載の小型旋盤。

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