JP5242314B2 - 据えぐり加工機のアタッチメントクランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、大型の構造物、例えば、大型船舶のプロペラや、大型タービン発電機のステータのボス加工に用いられる据えぐり加工装置に関し、一層詳細には、アタッチメント交換にあたって、アタッチメントメントのアンクランプ、クランプ動作を自動化するアタッチメントクランプ装置に関する。

大型船舶のプロペラや、発電所に設置される発電機のステータなどは、大きなものになると高さが１０メートルを超えるものがある。このような大型構造物の加工は、大型のマシニングセンタといえども不可能である。

そこで、従来は、特殊な加工装置を大型構造物の中に設置して加工を行っていた。
例えば、特許文献１では、大型構造物の内部を旋削加工する加工装置が提案されている。この加工装置は、旋回コラムと、旋回駆動部を大型構造物の内部に設置し、この旋回コラムに加工ヘッドを取り付けたものある。この加工ヘッドは、旋回コラムを昇降する移動機構と、内径部の半径方向に移動する移動機構を備えている。

大型構造物の内周部を旋削するときには、旋回コラムを旋回させ、加工ヘッドを昇降させながら旋回ヘッドに装着した工具で大型工具の内周部を旋削する。また、この加工装置では、加工ヘッドにアタッチメントを取り付け、アタッチメントに装着したドリルやエンドミルで穴あけ加工をすることもできるようになっている。
特許第３６０５９７９号公報

しかしながら、大型構造物を加工する従来技術では、以下のような問題点がある。

まず、内周面を旋削するには、ボーリングアタッチメントを用い、端面を旋削する加工にはフェーシングアタッチメントを用いるというように、異なる種類の加工を行うためには、アタッチメントを交換することが必須となる。

しかし、従来のこの種の加工機は、余りにも大きな構造物を対象とする特殊な加工機であるため、マシニングセンタなどの汎用的な工作機械とは違って自動化が進んでおらず、現状では、作業員が段取り作業台に乗ってボルトを締め付けたり、外したりしてアタッチメントのクランプ、アンクランプといった操作を手動で行なわなければならないので、効率が悪く、アタッチメント交換作業に長時間を要していた。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、アタッチメントを交換するときのアンクランプ、クランプ動作を自動化できるようにした据えぐり加工機のアタッチメントクランプ装置を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明は、大型構造物をワークとして定盤に固定し、サーボモータにより駆動される主軸にアタッチメントを取り付け、前記ワークに穴加工および端面加工を行う据えぐり加工装置において、前記アタッチメントを主軸に着脱可能に固定するクランプ装置であって、前記主軸の外周面に形成された雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、前記主軸の回転を上下動に転換して前記アタッチメントの本体を前記主軸に着脱可能に固定するノーズナットと、前記ノーズナットを回転可能または回転不能に選択的に切り換える回り止め装置と、からなることを特徴とするものである。

また、本発明は、前記アタッチメントの下端部には円周上に等配された突き出し部を有するフランジ部が形成され、前記ノーズナットは、前記フランジ部を拘束し、前記突き出し部が通過可能な溝が円周上に等配されたクランプ部を有することを特徴とするものである。

さらに、本発明は、前記ノーズナットがクランプ位置にあるときに前記突き出し部と溝との位相がずれ、アンクランプ位置にあるときに位相が一致するように、主軸のねじ部と、ノーズナットの雌ねじ部のリードおよびフランジ部の厚さと、主軸上面とノーズナットの隙間とが関係付けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、アタッチメントを主軸にクランプ、アンクランプする機構には、主軸の回転をノーズナットの上下動に転換する機構が採用されているので、主軸の旋回動作を制御することにより、クランプ、アンクランプの動作を容易に実現できるので、アタッチメントのクランプ、アンクランプの操作を自動化することができる。

以下、本発明による据えぐり加工機のアタッチメントクランプ装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明によるアタッチメントクランプ装置が適用される据えぐり加工装置を示す断面図である。図２は、図１の据えぐり加工装置を上から見た平面図である。図１、図２において、参照番号１０は、加工対象であるワークを示す。この実施形態では、大型構造物のワーク１０として、大型船舶用のプロペラを例に挙げて、プロペラのボス部１２の内周面とボス部１２の端面を加工する。

床面１１には、加工装置の本体を収容するためのピット１４が設けられている。定盤１５は、ピット１４を横断するように床面１１に設置されている。ワーク１０は、ブロック１６を介して定盤１５に据え付けられており、ブロック１６によってボス部１２が底上げされてワーク１０のプロペラは定盤１５に接触しないようになっている。

そこで、まず、据えぐり加工装置の構成について概要を説明する。
本実施形態による据えぐり加工装置は、ピット１４に収容されている加工装置本体１８と、アタッチメント２０とに大きく分けられる。

据えぐり加工装置の本体１８は、ベッド２１と、このベッド２１の上に設置されるサドル２２と、このサドル２２の上に設置される主軸台２３と、から構成されている。サドル２２は、ベッド２１の上を前後方向（Ｘ軸方向）に移動し、主軸台２３は、サドル２２の上を左右方向（Ｙ軸方向）に移動できるようになっている。主軸台２３は、アタッチメント２０を回転させる主軸２４を有しており、アタッチメント２０は、後述するアタッチメントクランプ装置によって、着脱可能に主軸２４に固定されている。なお、図１に示すアタッチメント２０は、ワーク１０のボス部１２の内周面を旋削するのに用いるボーリングアタッチメントである。

以下、本実施形態による据えぐり加工装置の各部について詳細に説明する。
ベッド２１は、ピット１４の底面にレベリングブロック２６を介して固定されている。ベッド２１上面の左右両側には、サドル２２を案内するガイドレール２７が取り付けられている。サドル２２を移動させる送り軸機構を駆動するのが、図２に示されるように、Ｘ軸サーボモータ２８である。主軸台２３は、サドル２２に設けられたガイドレール２９に案内される。この主軸台２３を移動する送り軸機構は、Ｙ軸サーボモータ３０によって駆動される。この実施形態の据えぐり加工装置では、主軸台２３は、Ｘ軸およびＹ軸の同時２軸数値制御により、水平面上の任意位置を正確に位置決めすることができるようになっている。

次に、図３は、主軸台２３の構成を示す断面図である。この図３において、参照番号３２は、主軸台本体を示す。この主軸台本体３２の内部は空洞になっている。主軸台本体３２の上部には、主軸支持部３３が一体に形成されている。主軸２４は、主軸支持部３３において、主軸ベアリング３６によって回転自在に支持されている。

主軸２４には、アタッチメントクランプ装置３８によってアタッチメント２０が着脱可能に固定される。アタッチメントクランプ装置３８は、ノーズナット１５２と、ノーズナット１５２を回転しないようにする回り止め装置１５４とから構成されている。

ここで、アタッチメント２０は、主軸２４と一体で回転するが、ワーク１０のボス部１２を加工するには、工具８２を送る必要がある。しかも、２方向、すなわち、軸方向と半径方向に工具８２を送る必要がある。本実施形態の据えぐり加工装置では、主軸台２３に動力源のサーボモータを配置しているため、動力をアタッチメント２０に伝動する系統が２系統設けられることになる。なお、アタッチメント２０がボーリングアタッチメントの場合は、軸方向送りが送り軸になり、半径方向送りが切込軸になる。以下の説明では、アタッチメント２０がボーリングアタッチメントである場合について説明する。

そこで、図３に示すように、主軸２４の中心部には、内側伝動軸４２と、中空伝動軸４４とからなる二重伝動軸が設けられている。伝動軸が２重構造になっているのは、内側伝動軸４２と中空伝動軸４４のそれぞれが主軸台２３に設けられている２系統のサーボモータ４６、４８の回転をアタッチメント２０に伝動する伝動軸を構成しているからである。一つの系統は、内側伝動軸４２に第１サーボモータ４６の回転を伝え、噛み合いクラッチ、自在継手を介してアタッチメント２０の切込軸に伝動する系統である。もう一つの系統は、第２サーボモータ４８の回転を中空伝動軸４４に伝え、噛み合いクラッチ、自在継手を介してアタッチメント２０の送り軸に伝動する系統である。

以下、主軸２４、アタッチメント２０のそれぞれの駆動伝動系統について順に説明する。

図４は、主軸台２３に設けられている主軸２４の回転駆動機構を示す。図３並びに図４において、主軸２４の下端面には、ウォームホイール６０が同軸にボルトによって固定されている。このウォームホイール６０には、軸受６１ａ乃至６１ｃによって支持されたウォーム６２が噛み合うようになっている。主軸駆動用サーボモータ６４の出力軸６５は、歯車軸６６とカップリング６７を介して連結されている。歯車軸６６には、平歯車６８が一体的に形成されている。ウォーム６２の一端には、図示しないキーにより回り止めされて平歯車６９が取り付けられ、この平歯車６９に平歯車６８が噛み合っている。
次に、図３には、アタッチメント２０に伝動する２系統の駆動伝動機構が示されている。

まず、第１サーボモータ４６の回転は、次のようにして、二重伝動軸の内側伝動軸４２に伝動される。伝動軸Ｂ1、Ｂ2はそれぞれ軸受によって平行に支持されており、伝動軸Ｂ1の一端が第１サーボモータ４６に接続されている。伝動軸Ｂ1の他端には、平歯車７０が取り付けられている。この平歯車７０は、伝動軸Ｂ2に取り付けられている平歯車７１と噛み合っている。そして、伝動軸Ｂ2の先端には、かさ歯歯車７２が取り付けられ、このかさ歯歯車７２は、内側伝動軸４２の下端に取り付けられたかさ歯歯車７３と噛み合うようになっている。これら平歯車７０、７１、かさ歯歯車７２、７３はいずれもそれが取り付けられている各伝動軸とは図示しないキーにより回り止めされている。

同様に、第２サーボモータ４８の回転は、次のようにして、二重伝動軸の中空回転軸４４に伝動される。伝動軸Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3がそれぞれ軸受によって平行に支持されており、伝動軸Ｃ1の一端が第２サーボモータ４８に接続されている。伝動軸Ｃ1には、平歯車７４が取り付けられ、この平歯車７４は、伝動軸Ｃ2に取り付けられている平歯車７５と噛み合っている。そして、伝動軸Ｃ2には、平歯車７６が取り付けられ、この平歯車７６は伝動軸Ｃ3に取り付けられた平歯車７７に噛み合っている。伝動軸Ｃ3の先端には、かさ歯歯車７８が設けられ、このかさ歯歯車７８は、中空回転軸４４の下端に取り付けられたかさ歯歯車７９噛み合うようになっている。これら平歯車７４、７５、かさ歯歯車７８、７９はいずれもそれが取り付けられている各伝動軸とは図示しないキーにより回り止めされている。

次に、図５は、アタッチメント２０に設けられている送り軸、切込軸からなる工具送り機構を示し、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ断面を示す。
図５、図６において、参照番号８０は、アタッチメント２０の本体を示す。このアタッチメント本体８０は長円筒体で、主軸２４に取り付けた状態では、図１に示されるように、ワーク１０のボス部１２を下から貫通して、さらに上に突き出るだけの高さを有しているので、ボス部１２の全域および端面を加工することができる。また、アタッチメント本体８０の外径は、ボス部の穴１２ａの内径よりも小さくなっている。

図５に示されるように、アタッチメント本体８０の内部には、通路８３が軸方向に形成されており、この通路８３を工具８２が取り付けられている移動ブロック８４が移動する。この通路８３には、切込軸を構成するスプライン軸８５と、送り軸を構成するボールねじ軸８６とが平行に配置されている。スプライン軸８５の下端部にはベアリング支持８５ｂとボス部８５ｃとがスプライン軸８５と一体に形成され、ボス部８５ｃはボルトで自在継手１２８に連結されている。同様にボールねじ軸８６の下端部には、ベアリング支持部８６ｂとボス部８６ｃとがボールねじ軸８６と一体に形成され、ボス部８６ｃは自在継手１３８に連結されている。

アタッチメント２０における送り軸の構成を先に説明する。移動ブロック８４には、それぞれスプライン軸８５、ボールねじ軸８６が遊嵌する穴９１、９２が形成されている。このうち穴９２の上部開口には、ボールナット９３が固着されている。このボールナット９３は、ボールねじ軸８６に螺合している。したがって、本実施形態の送り軸機構によれば、ボールねじ軸８６の回転は、ボールナット９３によって移動ブロック８４の軸方向の直線運動に転換されるので、移動ブロック８４とともに工具８２を軸方向に送ることができる。なお、図５のＶＩ−ＶＩ断面を表す図６に示されるように、移動ブロック８４の軸方向の直線運動を案内する２本のガイド９７がアタッチメント本体８０に固定されている。移動ブロック８４には、ガイド９７の三面からなる案内面をそれぞれ滑動する滑り板９８ａ乃至９８ｃが取り付けられている。参照番号９９は、滑り板９８ａを保持する滑り板保持部材を示している。

次に、図５、図６を参照してアタッチメント２０における切込軸の構成について説明する。
まず、図６において、切込軸による工具８２の移動方向は、アタッチメント本体８０の半径方向である。移動ブロック８４において、工具８２は半径方向に向くように工具ホルダ１００によって保持されている。工具８４は、止めねじ１０１を用いて工具ホルダ１００に固定されている。工具ホルダ１００は、移動ブロック８４において半径方向に延びる穴１０２に挿入されている。工具ホルダ１００にはキー１０３が係合していて、このキー１０３によって回転が規制されているので、工具ホルダ１００は回転はできないが、穴１０２を案内にして出入りする進退運動は許容されている。この工具ホルダ１００を出入りさせるのは、次のようなウォーム歯車と、工具ホルダ１００に形成したねじを組み合わせた機構である。

図６において、スプライン軸８５には、ウォーム１０４が嵌合している。このウォーム１０４に噛み合っているウォームホイール１０５は、ベアリング１０６を介して回転自在に移動ブロック８４に取り付けられている。そして、ウォームホイール１０５の内径部には、雌ねじが形成され、工具ホルダ１００には雄ねじが形成されている。

したがって、本実施形態の切込軸機構によれば、スプライン軸８５の回転は、ウォーム１０４、ウォームホイール１０５によって大きく減速されるとともに、ウォームホイール１０５の雌ねじと工具ホルダ１００の雄ねじの噛み合いによって工具ホルダ１００の半径方向の進退運動に転換される。これにより、アタッチメント２０では、ワークに対する工具８２の切り込み量を与えることができる。なお、スプライン軸８５による回転伝動は、ボールねじ軸８６による移動ブロック８４の移動と両立することはいうまでもない。

次に、図３、図５を参照してスプライン軸８５、ボールねじ軸８６への主軸台２３からの動力伝動系統について説明する。

主軸２４に同軸に設けられている二重伝動軸は、内側伝動軸４２と、この内側伝動軸４２を同軸に収容する中空伝動軸４４とから構成されている。図３に示すように、内側伝動軸４２は、その上下端部で中空伝動軸４４に固定されたベアリング１１０ａ、１１０ｂによって回転自在に支持されている。中空伝動軸４４は、主軸２４に固定されたベアリング１１２ａ、１１２ｂによって回転自在に支持されている。したがって、内側伝動軸４２は、中空伝動軸４４、主軸２４とは無関係に回転することができ、中空伝動軸４４も内側伝動軸４２、主軸２４と無関係に回転することができる。

このような二重伝動軸は、次のような伝動連結機構によって、同軸２軸伝動から平行２軸伝動にその伝動形式を転換してスプライン軸８５とボールねじ軸８６に接続される。

図５において、内側伝動軸４２の上端の軸端部１１４には、噛み合いクラッチの要素をなす爪１１５が形成されている。また、中空伝動軸４４の上端には、噛み合いクラッチ１１７の片方の歯が形成されている
他方、アタッチメント本体８０の下部には、取付部材１１６を介して次のような同軸の二重中継ぎ軸が取り付けられている。すなわち、この二重中継ぎ軸は、内側中継ぎ軸１１８と中空の外側中継ぎ軸１２０とからなる。このうち、内側中継ぎ軸１１８は、中空の外側中継ぎ軸１２０に固定されたベアリング１２１によって回転自在に支持されている。外側中継ぎ軸１２０は、支持部材１１６に固定されたベアリング１２２によって回転自在に支持されている。

そこで、まず内側伝動軸４２、内側中継ぎ軸１１８からスプライン軸８５に至る伝動系統について説明する。
内側中継ぎ軸１１８の下端には、上述した爪１１５に係合して噛み合いクラッチの要素をなす溝１２３が形成され、内側中継ぎ軸１１８の上端部には平歯車１２４が内側中継ぎ軸１１８と一体に形成されている。

内側中継ぎ軸１１８から偏心した位置には、駆動側の自在継手１２６と、従動側の自在継手１２８が対をなしている。自在継手１２６と自在継手１２８はお互いに偏心しており、傾いた中間軸１２９で連結されている。自在継手１２６では、その外輪には、支軸１３０の先端に平歯車１３４が形成されている。この平歯車１３４はボルトで固定されており、支軸１３０はベアリング１３１によって回転自在に支持されている。この自在継手１２６の内輪側は前記中間軸１２９と連結されている。従動側の自在継手１２８では、外輪側はベアリング支持部８５ｂとボス部８５ｃを介してベアリング１３２によって支持され、内輪側は中間軸１２９に連結されている。そして、平歯車１３４は内側中継ぎ軸１１８の先端の平歯車１２４と噛み合うようになっている。したがって、内側伝動軸４２の回転は、内側中継ぎ軸１１８から一対の自在継手１２６、１２８を介してスプライン軸８５に伝わり、上述した切込軸を動作させるようになっている。

次に、中空伝動軸４４、外側中継ぎ軸１２０からボールねじ軸８６に至る伝動系統について説明する。
外側中継ぎ軸１２０の下端には、中空伝動軸４４の上端に形成されている歯とともに、噛み合いクラッチ１１７の要素をなす歯が形成され、外側中継ぎ軸１２０の上端部には内側中継ぎ軸１１８を遊嵌して平歯車１３５が内側中継ぎ軸１１８と一体に形成されている。

外側中継ぎ軸１２０から偏心した位置には、駆動側の自在継手１３６と、従動側の自在継手１３８が対をなしている。自在継手１３６と自在継手１３８はお互いに偏心しており、傾いた中間軸１３９で連結されている。自在継手１３６では、支軸１４０の先端に外輪が形成され、この外輪に平歯車１４４がボルトで固定されており、支軸１４０はベアリング１４１によって回転自在に支持されている。この自在継手１３６の内輪側は前記中間軸１３９と連結されている。従動側の自在継手１３８では、外輪側はベアリング支持部８６ｂとボス部８６ｃを介してベアリング１４２によって支持され、内輪側は中間軸１３９に連結されている。そして、駆動側の自在継手１３６の外輪の平歯車１４４は前記外側中継ぎ軸１２０の平歯車１３５と噛み合うようになっている。したがって、中空伝動軸４４の回転は、外側中継ぎ軸１２０から一対の自在継手１３６、１３８を介してボールねじ軸８６に伝わり、上述した送り軸を動作させるようになっている。

以上説明したアタッチメント２０は、次に説明するアタッチメントクランプ装置を用いることにより、主軸２４の先端に固定され、逆にクランプを解除することにより、アタッチメント交換のために取り外すことができるようになる。
そこで、図７に、本実施形態によるアタッチメントクランプ装置３８の構成を示す。この図７において、アタッチメントクランプ装置３８は、ノーズナット１５２と、回り止め装置１５４とから構成されている。ノーズナット１５２は、主軸２４に螺合するようになっていて、ねじ機構を利用することで、主軸２４の回転をノーズナット１５２の上下動に転換してクランプ、アンクランプの動作を行う。回り止め装置１５４は、ノーズナット１５２を上下動させるために、その回転を規制するための装置である。

主軸２４の上部外周面には、雄ねじ部１５５が形成されている。ノーズナット１５２は円筒状のナットで、その内周部には雌ねじ１５６が形成されている。ノーズナット１５２は、アタッチメント本体８０の下端に形成されているフランジ部１７４を拘束するクランプ部１５８が形成されている。このクランプ部１５８は、内側に突き出たフランジ形状のものである。
主軸台本体３２の上端部には、主軸支持部３３が設けられており、主軸２４と主軸支持部３３の内周面との間には、ノーズナット１５２が上下に移動しうるスペースが設けられている。

回り止め装置１５４は、ノーズナット１５２の外周面にある長溝１６３にピン１６４を出し入れするシリンダ１６２を主要素とする装置である。長溝１６３は、この場合、ノーズナット１５２の軸方向に長い溝である。ピン１６４はシリンダ１６２のピストン１６５の一部を構成している。シリンダカバー１６６からはピストン１６５の一部を構成するピストンロッド１６７が突き出るようになっており、このピストンロッド１６７にはドグ１６８が設けられている。そして、ピン１６４の位置を検出するためにドグ１６８によってオン・オフされる２つのリミットスイッチ１７０ａ、１７０ｂが所定の位置に配置されている。この場合、入口ポートＡから圧油が供給されると、ピン１６４が突き出される。リミットスイッチ１７０ａは、図７に示すようにピン１６４が長溝１６３に入った位置にあるとオンするので、ピンが正常に長溝１６３に入ったかを確認することができる。他方、入口ポートＢから圧油が供給されると、ピン１６４は長溝１６３から離脱する。そしてリミットスイッチ１７０ｂがオンするので、正常に離脱動作が行われたことを確認することができる。なお、アタッチメント２０を主軸２４に着脱するときには、ピン１６４は図７に示す位置にある。ワークの加工中は、主軸２４が回転するので、ピン１６４は長溝１６３から離脱している。

ここで、図８は、ノーズナット１５２でアタッチメント本体８０をクランプし、あるいは着脱するときのアタッチメント本体８０の下端部のフランジ１７４とノーズナット１５２の位相整合関係を示す。このうち、図８（ａ）は、アタッチメント本端８０を脱着する場合の位相関係を示し、図８（ｂ）はアタッチメント本体８０をクランプするときの位相関係を示す。

アタッチメント本体８０の下端部には、図８に示すような構造をもつフランジ部１７４が形成されている。フランジ部１７４の外周部には、この実施形態では、９０°ごとに対称に４つの突き出し部１７６が等配に配置されている。

ノーズナット１５２のクランプ部１５８には、４つの溝１７８が約９０°ごと対称に等配されている。この溝１７８は、突き出し部１７６の通過を許容する輪郭を有している。

したがって、主軸２４にアタッチメント本体８０を取り付け、あるいは取り外すときには、突き出し部１７６と溝１７８の位相を一致させればよい。また、本実施形態では、主軸２４が約４５°の整数倍を旋回すると、図８（ｂ）に示すように、隣合う溝１７８の中間に突き出し部１７６とが位置し、このときフランジ部１７４がクランプされる。このように位相を合わせたり、ずらしたりするために、図７において、主軸２４の雄ねじ部１５５のリードやフランジ部１７４の厚さＨＮと、主軸２４の上面とノーズナット１５２との隙間Ｈとの関係が設定されている。

次に、ワークの加工手順を説明する。
まず、ワーク加工手順の概要について説明する。
ワークの加工は、ワークの設置等の段取り、アタッチメントの取り付け、加工という順序になる。この実施形態のように、プロペラのボス部１２を加工する場合は、ボス部１２の端面加工、ボス部１２の内周面の旋削加工の順に進行することになる。

アタッチメントとしては、端面加工を行うフェーシングアタッチメントと、内周面の旋削加工を行うボーリングアタッチメントがあり、途中でアタッチメントをフェーシングアタッチメントからボーリングアタッチメントに交換することになるが、以下では、まずアタッチメントの種類によらず、共通する点を中心に説明し、適宜、加工の種類による特徴点につき言及する。

段取り
まず、図１並びに図２において、ワーク１０は、その軸心が定盤１５に対して垂直になるように固定される。ワーク１０を設置した後、主軸台２３をワーク１０の真下に移動させる。この主軸台２３の移動は、Ｘ軸サーボモータ２８とＹ軸サーボモータ３０を起動し、サドル２２、主軸台２３を送り、ワーク１０の中心に主軸台２３の主軸２４の中心が一致するように主軸台２３を概略位置決めする。

アタッチメントの取り付け、クランプ
アタッチメント２０は、クレーンで吊ってワーク１０の真上からボス部１２の穴１２ａを通して降下される。

アタッチメント本体８０の下端にあるフランジ部１７４の突き出し部１７６と、ノーズナット１５２のクランプ部１５８にある溝１７８との位相が合った状態で（図８（ａ）参照）、アタッチ本体８０をノーズナット１５２に載せると、突き出し部１７６は溝１７８を通過することができる。そして、アタッチメント本体８０が主軸２４に載ると、主軸２４側の二重伝動軸にアタッチメント側の二重中継ぎ軸とがクラッチ接続される。

すなわち図３、図５において、アタッチメント本体８０の下部に組み込まれている二重中継ぎ軸では、内側中継ぎ軸１１８の溝１２３と内側伝動軸４２の軸端部１１４にある爪１１５とが噛み合うと同時に、クラッチ１１７を構成している外側中継ぎ軸１２０の下端にある歯と中空伝動軸４４の上端にある歯が噛み合う。これにより、主軸２４側の二重伝動軸にアタッチメント２０側の二重中継ぎ軸が動力を伝動できる状態に接続されることになる。

次いで、図３、図４、図７において、主軸駆動用サーボモータ６４が起動され、主軸２４が約４５°の整数倍正回転方向に旋回する。このとき、回り止め装置１５４のシリンダ１６２にはポートＡから圧油が供給されており、ピン１６４は前進した位置にある。この位置では、ピン１６４の頭はノーズナット１５２の長溝１６３から係合しており、ノーズナット１５２の回転は規制されている。しかも、ノーズナット１５２の雌ねじ１５６は、主軸２４の雄ねじ部１５５に螺合しているので、主軸２４が正回転するとノーズナット１５４は下降し、逆回転すると上昇する。長溝１６３は上下方向に長いので、ピン１６４はノーズナット１５４の上下動には干渉しない。

主軸２４が正回転方向に旋回すると、ノーズナット１５２のクランプ部１５８は下降し、やがてアタッチメント本体８０のフランジ部１７４を押さえ付ける。本実施形態では、主軸２４が約４５°の整数倍旋回すると、図８（ｂ）に示すように、隣合う溝１７８の中間に突き出し部１７６とが位置し、このときフランジ部１７４がクランプされる。

なお、アタッチメント本体８０をクランプするために主軸２４を回転させるときには、主軸駆動用サーボモータ６４の制御はトルク制御モードの下で行われる。予めクランプに必要なトルクが設定され、ノーズナット１５２がアタッチメント本体８０のフランジ部１７４を拘束し始めると、主軸駆動用サーボモータ６４のトルクは上がり、やがて設定トルクになって所定時間経過後に、クランプが完了したとして主軸駆動用サーボモータ６４は停止される。以後、ノーズナット１５２が主軸２４に対して締結された状態は維持され、アタッチメント本体８０はノーズナット１５２によって強固にクランプされることになる。
その後、図７において、回り止め装置１５４のシリンダ１６２では、ピン１６４が後退して、ピン１６４の頭はノーズナット１５２の長溝１６３から離脱する。以後、アタッチメント本体８０はノーズナット１５２によってクランプされたまま主軸２４と一体で回転することができる状態になる。

アタッチメントのクランプ解除、取り外し
アタッチメント本体８０をアンクランプする動作は、上記のクランプ動作と逆になる。

まず、主軸駆動用サーボモータ６４を駆動し、主軸２４をノーズナット１５２の長溝１６３がピン１６４に係合する位置に回転させる。次に、回り止め装置１５４のシリンダ１６２では、ピン１６４が前進し、ピン１６４の頭がノーズナット１５２の長溝１６３に係合する。以後、ノーズナット１５２の回転はピン１６４により規制される
次いで、主軸２４が逆転方向に旋回すると、ノーズナット１５２のクランプ部１５８は上降し、やがてアタッチメント本体８０のフランジ部１７４のクランプを解除する。本実施形態では、主軸２４が４５°旋回すると、図８（ａ）において、隣合う溝１７８と突き出し部１７６の位相が一致する。

ノーズナット１５２の長溝１６３とピン１６４が係合する角度と、隣り合う溝１７８と突き出し部１７６の位相が一致する角度は、主軸駆動用サーボモータ６４により記憶しているので、これらの角度位置に回転させることができる。

その後、クレーンでアタッチメント２０を吊って、ワーク１０のボス部１２の穴１２ａから抜き出す。このとき、主軸２４側の二重伝動軸とアタッチメント側の二重中継ぎ軸とを接続する噛み合いクラッチは、アタッチメント２０を引き上げるだけで切れるようになっている。

アタッチメントによるワークの加工
図１、図５において、ボス部１２の端面１２ｂの加工では、図示されているアタッチメント２０の替わりに、図示しないフェーシングアタッチメントが主軸２４に取り付けられる。

端面加工では、前準備として、アタッチメントにダイヤルゲージ等を取り付け、アタッチメントを回転させながら、ボス部１２の内周面の形状計測を行う。この計測結により、ボス部１２の軸心の位置が算出される。

そして、Ｘ軸サーボモータ２８とＹ軸サーボモータ３０を起動し、サドル２２、主軸台２３の位置を微調整し、ボス部１２とアタッチメントの心出しを行う。Ｘ軸、Ｙ軸の同時２軸数値制御により、精密に心出しを行うことができる。

その後、主軸２４とともにフェーシングアタッチメントを回転させ、工具を軸方向に送って端面１２ｂに切り込ませる。そして、工具を半径方向に送って端面１２ｂを旋削することができる。

次に、アタッチメントは、図１、５に示すアタッチメント２０、すなわちボーリングアタッチメントに交換される。また、図９に示す振れ止めが取り付けられる。

この振れ止めは、スプライン軸１８０、固定部１８２、脚部１８４ａ、１８４ｂ、リング部１８５から構成されている。フランジ形の固定部１８２には、複数の位置決めピン１８６が円周上に等配されており、この位置決めピン１８６は、アタッチメント本体８０の頂部に形成されたピン穴１８７に嵌合する。スプライン軸１８０には、スリーブ１８８が上下に移動可能に嵌合し、このスリーブ１８８は軸受を介してリング部１８５に保持されている。リング部１８５は、ボルトで脚部１８４ａ、１８４ｂの上端部に固定されている。脚部１８４ａ、１８４ｂの下端部は、ワーク１０のボス部１０の上端面に設けられたインロー部に係合するようになっている。

このような振れ止めでは、脚部１８４ａ、１８４ｂによって支持されたリング部１８５によって、スプライン軸１８０がぶれないように保持されるので、アタッチメント２０は上記の心出しをした位置でワーク１０の中心線上を回転することになる。なお、スプライン軸１８０に嵌るスリーブ１８８は上下の位置を調整可能になっているので、適当な位置に止めねじ１９０で固定することができる。

ボス部１２の内径を旋削する加工では、主軸２４を回転させ、アタッチメント２０の工具８２を切込軸で半径方向に送ってボス部１２の内径面に切り込ませる。そして、工具８２を送り軸で軸方向に送って、ボス部１２の内径部全体を旋削する。

この据えぐり加工装置では、アタッチメント２０における切込軸、送り軸をそれぞれ駆動する第１サーボモータ４６、第２サーボモータ４８は主軸台２３に設けられている。そして、主軸２４には同軸に内側伝動軸４２と中空伝動軸４４とからなる二重伝動軸を設け、アタッチメント２０には、内側中継ぎ軸１１８と外側中継ぎ軸１２０とからなる二重中継ぎ軸を設けている。

第１サーボモータ４６の回転は、内側伝動軸４２から噛み合いクラッチを介して内側中継ぎ軸１１８に伝わり、さらに一対の自在継手１２６、１２８を介してスプライン軸８５に伝わり、上述のウォーム機構によりアタッチメント２０の切込軸を動作させるようになっている。

他方、第２サーボモータ４８の回転は、中空伝動軸４２から噛み合いクラッチを介して外側中継ぎ軸１２０に伝わり、さらに一対の自在継手１３６、１３８を介してボールねじ軸８６に伝わり、上述したボールねじナット機構により、送り軸を動作させるようになっている。

このような切込軸、送り軸に連なる２系統の駆動伝動系統は、主軸台２３に設置した第１サーボモータ４６、第２サーボモータ４８からアタッチメント２０に直接伝動する機構になっているので、従来のように、ワークのボス部内に配置される加工ヘッドにモータを設けたものとは、駆動伝動機構の構成が根本的に相違することになる。

すなわち、従来のように、加工ヘッドにモータを設けると、加工ヘッドといっしょに回転するモータに電力供給と制御信号の授受をする必要があるため、スリップリングを用いるなど、数値制御化には特殊な改造を必要とし、信頼性を維持するにはメンテナンスが大変であった。

これに対して、この据えぐり加工装置では、主軸台２３側に固定配置された第１サーボモータ４６と第２サーボモータ４８を制御すればよいので、アタッチメント２０の切込軸と送り軸を容易に数値制御化することができ、一般の工作機械と同じように、信頼性の高い数値制御を実現することができる。そして、端面加工、内径の旋削だけでなく、同時２軸制御によるテーパ穴の加工なども高精度に行うことができる。

アタッチメントの交換
この据えぐり加工装置では、上述したように、アタッチメント２０を主軸２４にクランプ、アンクランプする機構には、主軸２４の回転をノーズナット１５２の上下動に転換する機構が採用されている。このため、主軸２４の旋回動作を制御することにより、クランプ、アンクランプの動作を容易に実現できるので、アタッチメントのクランプ、アンクランプの操作を自動化することができる。

しかも、アタッチメント２０には、上記のように、切込軸、送り軸を駆動するモータを取り付けることが不必要になり、アタッチメントの構造を単純な円柱形にすることができること、切込軸、送り軸の伝動系統の断続は、アタッチメントの上下運動だけで噛み合うクラッチにより実現されること、などの特徴をもつため、アタッチメント交換を容易に行うことができる。

本発明のアタッチメントクランプ装置が適用される据えぐり加工装置を示す断面図である。 同据えぐり加工装置の平面図である。 同据えぐり加工装置の備える主軸台の断面図である。 主軸台における主軸の駆動伝動機構を示す平面図。 同据えぐり加工装置で用いられるアタッチメントの縦断面図である。 図５におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明の一実施形態によるアタッチメントクランプ装置の構成を示す断面図である。 同アタッチメントクランプ装置におけるノーズナットとアタッチメントの位相整合関係を示す図。 アタッチメントの振れ止めを示す断面図。

符号の説明

１０ ワーク
１２ ボス部
１５ 定盤
２０ アタッチメント
２２ サドル
２３ 主軸台
２４ 主軸
２８ Ｘ軸サーボモータ
３０ Ｙ軸サーボモータ
３８ アタッチメントクランプ装置
４２ 内側伝動軸
４４ 中空伝動軸
４６ 第１サーボモータ
４８ 第２サーボモータ
６０ ウォームホイール
８０ アタッチメント本体
８２ 工具
８５ スプライン軸
８６ ボールねじ軸
９３ ボールナット
１１８ 内側中継ぎ軸
１２０ 外側中継ぎ軸
１５２ ノーズナット
１５４ 回り止め装置

Claims (3)

1. 大型構造物をワークとして定盤に固定し、サーボモータにより駆動される主軸にアタッチメントを取り付け、前記ワークに穴加工および端面加工を行う据えぐり加工装置において、前記アタッチメントを主軸に着脱可能に固定するクランプ装置であって、
   前記主軸の外周面に形成された雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を有し、前記主軸の回転を上下動に転換して前記アタッチメントの本体を前記主軸に着脱可能に固定するノーズナットと、
   前記ノーズナットを回転可能または回転不能に選択的に切り換える回り止め装置と、
   からなることを特徴とするアタッチメントクランプ装置。
2. 前記アタッチメントの下端部には円周上に等配された突き出し部を有するフランジ部が形成され、前記ノーズナットは、前記フランジ部を拘束し、前記突き出し部が通過可能な溝が円周上に等配されたクランプ部を有することを特徴とする請求項１に記載のアタッチメントクランプ装置。
3. 前記ノーズナットがクランプ位置にあるときに前記突き出し部と溝との位相がずれ、アンクランプ位置にあるときに位相が一致するように、主軸のねじ部と、ノーズナットの雌ねじ部のリードおよびフランジ部の厚さと、主軸上面とノーズナットの隙間とが関係付けられていることを特徴とする請求項２に記載のアタッチメントクランプ装置。

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