JP4871576B2 - 工作機械用アタッチメント式ヘッドおよび工作機械 - Google Patents

Description

この発明は、工作機械用アタッチメント式ヘッドおよび工作機械に関し、特に、大型工作機械において五面加工ヘッド等として用いられる工作機械用アタッチメント式ヘッドおよび工作機械に関するものである。

大型工作機械では、アタッチメントを手動によって交換装着する方式の時代から、機械側、特に、ラムに取り付ける型式のアタッチメントは、四角形のフランジ部の四隅を締結ボルトによって強固に結合することにより、結合位置を回転中心よりできるだけ遠い位置にし、ラムとアタッチメントとの結合部の剛性を高剛性にするのが常であった。

その後、アタッチメントの自動交換が行われるようになっても、大型工作機械では、四角形のフランジ部の四隅を締結ボルトによって結合する四隅クランプ方式が踏襲されている。この結合方式を採用すると、自動角度割出機構を取り入れた場合、当然、９０度毎の割出しに制限される（例えば、非特許文献１）。

もっと小さい角度の割出しの必要性に応じるために、主軸の外側に円筒状のクランプ機構を設ける方式のもので、割出角度は、クランプ部に同軸に設けられたカービックカップリング（米国グリーソン社登録商標）等の円環状のカップリングの歯数に応じて５度あるいは１度毎の小さい値とすることができる。
「現代からくり新書」工作機械の巻−マシニングセンタ編−日刊工業新聞社出版、平成１０年４月２０日発行、２９頁

しかし、円筒状のクランプ機構を用いたものは、小さい角度での割出が可能になるが、割出結合カップリング径やその近傍部でしか踏ん張ることができないので、四隅クランプ方式のものよりも結合剛性が小さいと云う欠点がある。このため、小さい角度での割出しを行うことがないアタッチメントについても結合剛性が犠牲になる。

この発明は、上述の課題を解決するものであり、その目的とするところは、アタッチメント取付けに関して高い結合剛性を得ることができる四隅クランプ方式を採用する工作機械において、そのクランプ方式を損ねることなく、小さい角度での割出しを行うことができる工作機械用アタッチメント式ヘッドを提供することにある。

この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドは、四角形のフランジ面部の四隅に機械側に対するクランプ部を有し、当該クランプ部によって機械側に着脱可能に装着されるアタッチメント非回転部と、前記アタッチメント非回転部の内部に回転可能に設けられ、自身の回転中心と同心にアタッチメント側カップリング部と内歯とを有し、前記アタッチメント非回転部が機械側に前記クランプ部によってクランプ装着されることに伴って前記アタッチメント側カップリング部が機械側に設けられた機械側カップリング部に係合することにより、回り止めクランプされる回転割出ヘッドと、前記回転割出ヘッドに自身の回転中心周りに回転可能に取り付けられたアタッチメント主軸と、前記回転割出ヘッドに回転可能に且つ前記回転割出ヘッドに対して相対的に軸線方向に変位可能に設けられ、前記回転割出ヘッドに対する相対的な軸線方向変位によって前記内歯と選択的に噛合する外歯を自身の回転中心と同心に有し、機械側の主軸に選択的にクランプ連結されて当該主軸によって回転駆動される入力軸とを有し、前記アタッチメント非回転部には、自身の回転中心と同心の中心孔が軸線方向に貫通して形成されており、前記中心孔には、前記回転割出ヘッドの上部円筒部が回転可能に嵌合しており、前記中心孔は、上側の中心孔とこの上側の中心孔よりも内径の小さい下側の中心孔とで構成されており、前記上部円筒部は、上側の上部円筒部とこの上側の上部円筒部よりも外径の小さい下側の上部円筒部とで構成されており、前記上側の中心孔と前記下側の中心孔との内径差で前記上側の中心孔と前記下側の中心孔との境界に形成されている円環状の上向き端面に、前記上側の上部円筒部と前記下側の上部円筒部との外径差で前記上側の上部円筒部と前記下側の上部円筒部との境界に形成されている円環状の下向き端面が摺動可能に係合することで、前記回転割出ヘッドが前記アタッチメント非回転部に搭載されている構成である。

この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドは、好ましくは、前記クランプ部によるクランプ完了時には、前記アタッチメント側カップリング部と前記機械側カップリング部とが係合すると共に、機械側のアタッチメント当接下底面部と前記回転割出ヘッドの上面部あるいは前記アタッチメント非回転部の前記フランジ面部のいずれか一方あるいはいずれもが当接する。

この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドは、好ましくは、前記入力軸は、機械側の主軸の先端面部と対向する端面部に、機械側の前記主軸の先端面部に形成されているキー係合部とキー係合するキー係合部を有する。

この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドは、好ましくは、前記アタッチメント主軸は、スプライン部によって前記入力軸と伝達関係で連結されている内部被動軸で回転するようになっており、圧縮コイルばねのばね力により前記入力軸が上昇変位することで、前記入力軸の外歯が前記回転割出ヘッドの内歯に噛合するように構成されており、前記機械側のクランプ部によって前記アタッチメント非回転部がクランプされるときに、前記入力軸が前記圧縮コイルばねのばね力に抗して前記回転割出ヘッドに対して降下移動し、前記外歯と前記内歯との噛合が外れるように構成されている。

この発明による工作機械は上述の発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドを着脱可能に装着されている。

この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドによれば、アタッチメント非回転部が四隅クランプ方式によってラム等の機械側に装着され、このアタッチメント非回転部にカップリング部によって回り止めクランプされる回転割出ヘッドが設けられているから、四隅クランプ方式を採用する工作機械のクランプ方式を損ねることなく、小さい角度での割出しを行うことができる。

この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドの一つの実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

これらの図において、符号１０は工作機械用アタッチメント式ヘッドを、符号１００は、機械側部材であるラムを各々総括的に示している。

工作機械用アタッチメント式ヘッド１０は、立方体形状のハウジング１１と、ハウジング１１の下底部に固定装着された下部フランジ部材１２とによるアタッチメント非回転部１３を有する。

ハウジング１１の上面は四角形のフランジ面部１４をなしている。フランジ面部１４の四隅には、各々、円筒状のクランプ筒体１５が固定装着されている。クランプ筒体１５は内周部に引っ掛かり係合部１６を有する。この引っ掛かり係合部１６を有するクランプ筒体１５がアタッチメント側クランプ部をなす。

ラム１００には、各クランプ筒体１５毎に、クランプ筒体１５と内接嵌合するブッシュ１１０と、引っ掛かり係合部１６に係脱可能に引っ掛かり係合するコレットチャック１０１と、コレットチャック１０１を選択的に係合ロック状態にするロック部材１０２とによるラム側クランプ手段が設けられている。

コレットチャック１０１、ロック部材１０２は、図示されていない個別のシリンダ装置によって、図４（ａ）に仮想線によって示されているアンクランプ位置と、図４（ａ）に実線によって示されているクランプ引上位置と、図４（ｂ）に示されているクランプ降下位置との間に、クランプ筒体１５がブッシュ１１０にガイドされた状態で、上下移動するようになっている。

このクランプ機構は、従来の四隅クランプ方式のものと同じであり、このクランプ部によってアタッチメント非回転部１３が機械側のラム１００に着脱可能に装着される。

アタッチメント非回転部１３のハウジング１１と下部フランジ部材１２には同心の中心孔１７、１８が軸線方向に貫通形成されている。中心孔１７、１８には、回転割出ヘッド２０の上部円筒部２１、２２が回転可能に嵌合している。中心孔１８は中心孔１７より小径であり、これに応じて中心孔１８に嵌合する上部円筒部２２の外径が中心孔１７に嵌合する上部円筒部２１も小さく、その外径差による円環状の下向き端面２３が下部フランジ部材１２による円環状の上向き端面１９上に摺動可能に搭載されている。

これにより、回転割出ヘッド２０は、アタッチメント非回転部１３より上部円筒部２１、２２の中心軸線（垂直軸線）周りに回転可能に支持されている。

回転割出ヘッド２０の下部には、水平方向にアタッチメント主軸２５が自身の中心軸線（水平軸線）周りに回転可能に取り付けられている。アタッチメント主軸２５は、先端部に形成されたテーパ孔２６に、工具（図示省略）を着脱可能に装着される。

回転割出ヘッド２０の上部には、内歯２７を形成された円環状の内歯車２８と、上面に歯２９を形成された円環状のアタッチメント側カップリング部材３０とが、各々、回転割出ヘッド２０の回転中心と同心に固定装着されている。

ラム１００の下底面部１０９には、歯１０７を形成された円環状のラム側カップリング部材１０８が主軸１０３と同心に固定装着されている。

アタッチメント側カップリング部材３０、ラム側カップリング部材１０８は、カービックカップリング（米国グリーソン社登録商標）等により構成され、歯２９、１０７の歯数に応じた割出角度（例えば、５度）を設定する割出結合カップリングをなし、アタッチメント側カップリング部材３０がラム側カップリング部材１０８に係合することにより、回転割出ヘッド２０がラム１００に回り止めクランプされる。

回転割出ヘッド２０の上部には、入力軸（被動連結軸）３１が回転割出ヘッド２０の中心軸線周りに回転可能に且つ回転割出ヘッド２０に対して相対的に軸線方向（上下方向）に変位可能に設けられている。入力軸３１は、ラム１００に設けられている機械側の主軸１０３に形成されているテーパ孔１０４に嵌合するテーパシャンク部３２と、ラム１００に設けられているコレットチャック１０５によって着脱可能に把持されるプルスタッド３３とを有し、主軸１０３に選択的にクランプ連結される。

入力軸３１が機械側の主軸１０３の先端面部と対向する端面部には、主軸１０３の先端面部に形成されているキー１０６とキー係合するキー溝３４が形成されている。このキー係合により、入力軸３１は主軸１０３によって回転駆動される。

入力軸３１には、自身の回転中心と同心に外歯３５が形成されている。外歯３５は、入力軸３１が回転割出ヘッド２０に対して相対的に軸線方向変位にすることにより、内歯２７と選択的に噛合する。この相対的な軸線方向変位による外歯３５と内歯２７との噛合は、入力軸３１に対して回転割出ヘッド２０がアタッチメント非回転部１３と共に降下移動することにより、行われる。

回転割出ヘッド２０はボール軸受３６によって内部被動軸３７を回転可能に支持している。内部被動軸３７はスプライン部３８によって入力軸３１とトルク伝達関係で連結されている。これにより、内部被動軸３７は入力軸３１と一体的に回転する。内部被動軸３７は、図示していないが、回転割出ヘッド２０の内部に設けられている歯車列等による回転動力伝達機構によってアタッチメント主軸２５と駆動連結され、アタッチメント主軸２５を回転駆動する。

入力軸３１にはストッパリング３９が固定装着されている。入力軸３１と内部被動軸３７との間には、内部被動軸３７に対して入力軸３１を上方へ付勢する圧縮コイルばね４１が取り付けられている。

なお、工作機械用アタッチメント式ヘッド１０がラム１００より取り外された状態では、圧縮コイルばね４１のばね力により、回転割出ヘッド２０に対して入力軸３１が上昇変位し、外歯３５が内歯２７に噛合し、アタッチメント非使用時（ストック時）に、入力軸３１と回転割出ヘッド２０とが相対回転ずれを生じることが防止される。

つぎに、上述の構成による工作機械用アタッチメント式ヘッド１０の作用について説明する。

（クランプ状態）
アタッチメント非回転部１３のフランジ面部１４の四隅にあるクランプ筒体１５の各々にラム１０のコレットチャック１０１がクランプ係合し、ロック部材１０２によって係合ロックされた状態で、アタッチメント非回転部１３がラム１００の下底面１０９側に引き上げられ、アタッチメント非回転部１３が四隅クランプ方式によってラム１００に結合される。

アタッチメント非回転部１３がラム１００の下底面１０９側に引き上げられることにより、図５に示されているように、アタッチメント側カップリング部材３０がラム側カップリング部材１０８に押し付けられ、アタッチメント側カップリング部材３０の歯２９とラム側カップリング部材１０８の歯１０７とが噛合し、ラム１００のラム側カップリング部材１０８とアタッチメント非回転部１３の上向き端面１９との間に挟まれた状態で、回転割出ヘッド２０がラム１００にラム１００に回り止めクランプされる。

このクランプ完了状態では、アタッチメント側カップリング部材３０の歯２９とラム側カップリング部材１０８の歯１０７とが噛合する共に、図６に示されているように、機械側のアタッチメント当接下底面部であるラム１００の下底面１０９と回転割出ヘッド２１の上面部４０およびアタッチメント非回転部１３のフランジ面部１４とが当接する。

この当接により、ラム１００の下底面１０９と工作機械用アタッチメント式ヘッド１０との平行度が、より正確なものになる共に、ラム１００の下底面１０９と工作機械用アタッチメント式ヘッド１０との接合面積が増えることにより、減衰性が増し、切削性能が向上する。

入力軸３１は、テーパシャンク部３２をもって主軸１０３のテーパ孔１０４に嵌合し、プルスタッド３３にコレットチャック１０５に係合し、入力軸３１のキー溝３４に主軸１０３のキー１０６がキー係合している。

この状態の時には、入力軸３１が圧縮コイルばね４１のばね力に抗して回転割出ヘッド２０に対して降下移動し、外歯３５が内歯２８との噛合より外れている。これにより、回転割出ヘッド２０がラム１００にラム１００に回り止めクランプされている状態で、主軸１０３の回転が、入力軸３１、内部被動軸３７に伝達され、アタッチメント主軸２５が回転駆動される。

なお、回転割出ヘッド２０に対する潤滑油等の供給は、アタッチメント非回転部１３より回転割出ヘッド２０の上部円筒部２１に回転継手を形成することにより行うことができる。

（アンクランプ動作）
コレットチャック１０１、ロック部材１０２を、図４（ｂ）に示されているクランプ降下位置に降下させる。これにより、クランプ筒体１５、コレットチャック１０１、ロック部材１０２によるクランプ部が、図４（ｂ）に示されているように、降下する。これに伴いアタッチメント非回転部１３がラム１００に対して降下移動し、同時に回転割出ヘッド２０も降下移動する。この降下移動によって回転割出ヘッド２０側の内歯２７が入力軸３１の外歯３５と噛合する。

この間、入力軸３１のキー溝３４に主軸１０３のキー１０６が差し込まれたキー係合状態が維持されるので、内歯２７と外歯３５との噛み合いが誤った位相になることがない。

アタッチメント非回転部１３が下がりきると、回転割出ヘッド２０の降下も止まる。このときには、アタッチメント側カップリング部材３０とラム側カップリング部材１０８の噛み合いが外れた状態になる。

（割出動作）
上述のアンクランプ動作によるアンクランプ状態下で、ラム１００の主軸１０３を、割出制御によって、所定角度、回転させる。この主軸１０３の回転は、主軸１０３とキー係合状態にある入力軸３１に伝達され、入力軸３１が回転する。入力軸３１の回転が、噛合状態にある内歯２７、外歯３５によって回転割出ヘッド２０に伝達され、回転割出ヘッド２０が下部フランジ部材１２の上向き端面１９上を滑りながらアタッチメント非回転部１３に対して回転し、回転割出ヘッド２０の割り出しが行われる。

（クランプ動作）
コレットチャック１０１、ロック部材１０２を、図４（ａ）に実線により示されているクランプ引上位置に移動させる。これにより、アタッチメント側カップリング部材３０が再びラム側カップリング部材１０８に押し付けられ、アタッチメント側カップリング部材３０の歯２９とラム側カップリング部材１０８の歯１０７とが噛合し、ラム１００のラム側カップリング部材１０８とアタッチメント非回転部１３の上向き端面１９との間に挟まれた状態で、回転割出ヘッド２０が割出後の回転位置でラム１００に回り止めクランプされる。

これにより、四隅クランプ方式を採用する工作機械の高剛性なクランプ方式を損ねることなく、歯２９、１０７の歯数に応じた割出角度、例えば、５度毎の回転割り出しを行うことができる。

以上の動作を要約すると、コレットチャック１０１、ロック部材１０２によるラム側クランプ手段が降下した分、工作機械用アタッチメント式ヘッド１０の全体が、ラム１００に対して降下し、アタッチメント側カップリング部材３０とラム側カップリング部材１０８との噛合状態が開放され、内歯２７と外歯３５とが噛み合い、ラム主軸１０３の割り出し回転によってアタッチメント側カップリング部材３０、ラム側カップリング部材１０８の歯２９、１０７の歯数に応じた角度を最小限とする割出し動作が行われ、割出し動作完了に、コレットチャック１０１、ロック部材１０２によるラム側クランプ手段によって工作機械用アタッチメント式ヘッド１０の全体が引き上げられることにより、再クランプされる。

なお、上述の実施形態では、回転割出ヘッド２０をクランプする割出カップリングとして、歯付きカップリングを用いたが、本発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドは、これに限られることはなく、平らな摩擦面同士の接合による摩擦力によって回転割出ヘッド２０をクランプするものや、テーパ面同士の接合によるテーパ係合によって回転割出ヘッド２０をクランプする等が用いられてもよい。

図７は、この発明による工作機械の一つの実施形態を示している。この工作機械は、クロスレール移動型の門形マシニングセンタであり、ベッド２０１と、ベッド２０１上にＸ軸方向に移動可能に設けられたテーブル２０２と、ベッド２０１の左右両側に設置されたコラム２０３、２０４と、コラム２０３と２０４との間に掛け渡されて上下移動可能なクロスレール２０５と、クロスレール２０５にＹ軸方向に移動可能に設けられたサドル２０６と、サドル２０６に上下動可能に設けられたラム１００とを有する。ラム１００に、工作機械用アタッチメント式ヘッド１０が着脱可能に取り付けられている。

門形マシニングセンタは、高い結合剛性を得ることができる四隅クランプ方式を採用しており、そのクランプ方式を損ねることなく、小さい角度での割出しを行うことができる工作機械用アタッチメント式ヘッド１０を交換可能に用いることができる。

この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドの一つの実施形態を示す正面図。 この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドの一つの実施形態を示す側面図。 この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドの一つの実施形態を示す上面図。 （ａ）、（ｂ）は、この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドの一つの実施形態のクランプ部を示す拡大断面図。 図１の線Ｖ−Ｖに沿った拡大断面図。 この発明による工作機械用アタッチメント式ヘッドの一つの実施形態の要部の拡大断面図。 この発明による工作機械の一つの実施形態を示す概略斜視図。

符号の説明

１０ 工作機械用アタッチメント式ヘッド
１１ ハウジング
１２ 下部フランジ部材
１３ アタッチメント非回転部
１４ フランジ面部
１５ クランプ筒体
１６ 掛かり係合部
１７、１８ 中心孔
１９ 上向き端面
２０ 回転割出ヘッド
２１、２２ 上部円筒部
２３ 下向き端面
２５ アタッチメント主軸
２６ テーパ孔
２７ 内歯
２８ 内歯車
２９ 歯
３０ アタッチメント側カップリング部材
３１ 入力軸
３２ テーパシャンク部
３３ プルスタッド
３４ キー溝
３５ 外歯
３６ ボール軸受
３７ 内部被動軸
３８ スプライン部
３９ ストッパリング
４０ 上面部
４１ 圧縮コイルばね
１００ ラム
１０１ コレットチャック
１０２ ロック部材
１０３ 主軸
１０４ テーパ孔
１０５ コレットチャック
１０６ キー
１０７ 歯
１０８ ラム側カップリング部材
１０９ ラム下底面部
１１０ ブッシュ
２０１ ベッド
２０２ テーブル
２０３、２０４ コラム
２０５ クロスレール
２０６ サドル

Claims (5)

1. 四角形のフランジ面部の四隅に機械側に対するクランプ部を有し、当該クランプ部によって機械側に着脱可能に装着されるアタッチメント非回転部と、
   前記アタッチメント非回転部の内部に回転可能に設けられ、自身の回転中心と同心にアタッチメント側カップリング部と内歯とを有し、前記アタッチメント非回転部が機械側に前記クランプ部によってクランプ装着されることに伴って前記アタッチメント側カップリング部が機械側に設けられた機械側カップリング部に係合することにより、回り止めクランプされる回転割出ヘッドと、
   前記回転割出ヘッドに自身の回転中心周りに回転可能に取り付けられたアタッチメント主軸と、
   前記回転割出ヘッドに回転可能に且つ前記回転割出ヘッドに対して相対的に軸線方向に変位可能に設けられ、前記回転割出ヘッドに対する相対的な軸線方向変位によって前記内歯と選択的に噛合する外歯を自身の回転中心と同心に有し、機械側の主軸に選択的にクランプ連結されて当該主軸によって回転駆動される入力軸と、
   を有し、前記アタッチメント非回転部には、自身の回転中心と同心の中心孔が軸線方向に貫通して形成されており、前記中心孔には、前記回転割出ヘッドの上部円筒部が回転可能に嵌合しており、
   前記中心孔は、上側の中心孔とこの上側の中心孔よりも内径の小さい下側の中心孔とで構成されており、
   前記上部円筒部は、上側の上部円筒部とこの上側の上部円筒部よりも外径の小さい下側の上部円筒部とで構成されており、
   前記上側の中心孔と前記下側の中心孔との内径差で前記上側の中心孔と前記下側の中心孔との境界に形成されている円環状の上向き端面に、前記上側の上部円筒部と前記下側の上部円筒部との外径差で前記上側の上部円筒部と前記下側の上部円筒部との境界に形成されている円環状の下向き端面が摺動可能に係合することで、前記回転割出ヘッドが前記アタッチメント非回転部に搭載されている構成である工作機械用アタッチメント式ヘッド。
2. 前記クランプ部によるクランプ完了時には、前記アタッチメント側カップリング部と前記機械側カップリング部とが係合すると共に、機械側のアタッチメント当接下底面部と前記回転割出ヘッドの上面部あるいは前記アタッチメント非回転部の前記フランジ面部のいずれか一方あるいはいずれもが当接する請求項１記載の工作機械用アタッチメント式ヘッド。
3. 前記入力軸は、前記機械側の主軸の先端面部と対向する端面部に、前記機械側の主軸の先端面部に形成されているキー係合部とキー係合するキー係合部を有する請求項１または２記載の工作機械用アタッチメント式ヘッド。
4. 前記アタッチメント主軸は、スプライン部によって前記入力軸と伝達関係で連結されている内部被動軸で回転するようになっており、
   圧縮コイルばねのばね力により前記入力軸が上昇変位することで、前記入力軸の外歯が前記回転割出ヘッドの内歯に噛合するように構成されており、
   前記機械側のクランプ部によって前記アタッチメント非回転部がクランプされるときに、前記入力軸が前記圧縮コイルばねのばね力に抗して前記回転割出ヘッドに対して降下移動し、前記外歯と前記内歯との噛合が外れるように構成されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の工作機械用アタッチメント式ヘッド。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の工作機械用アタッチメント式ヘッドを着脱可能に装着された工作機械。

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